Coeficiente de rozamiento
Siempre que un cuerpo se desliza sobre una superficie, por más pulida que esta sea, existen fuerzas de fricción que se oponen al desplazamiento.
Es justamente esta fricción la que nos permite caminar, mantiene un clavo dentro de una tabla o la que hace que los frenos de un auto cumplan su función.
En otras ocasiones, los efectos de la fricción no nos hacen nada felices, por ejemplo al desgastar las cubiertas de de las ruedas o en maquinaria en general. En este sentido, la fricción puede ser vista como un enemigo de la eficiencia energética, ya que su presencia implica que se necesita más energía para realizar un trabajo.
Siempre hay un costo adicional por causa de dicha fuerza.
Pero, ¿qué sucede cuando estamos en reposo, o sea no nos movemos?
¿No será que la fuerza de rozamiento tendrá algo que ver con esa situación?
Aquí vamos; la fricción es una fuerza que actúa cuando un cuerpo se encuentra en contacto con otro, ya sea que se mueva o no.
Analicemos el siguiente ejemplo:
ROZ1
En el caso (a) está actuando lo que llamaremos fricción estática y en el caso (b), fricción cinética.
En el caso de la fricción estática, se impide el movimiento mientras que en la cinética, ambas superficies están en movimiento relativo. Esto es importante de entender ya que la fricción estática y la cinética no son iguales. La fricción estática es generalmente mayor que la cinética, lo que significa que se necesita más fuerza para iniciar el movimiento que para mantenerlo.
Como observamos en la figura, a mayor peso del cuerpo, mayor fuerza NORMAL, que es la fuerza reacción de la superficie a la acción del peso.
De modo que la fuerza de rozamiento estática es directamente proporcional a la NORMAL.
Fs = μs . N
Aquí es donde aparece el coeficiente estático de rozamiento μs, una constante de proporcionalidad entre estas dos fuerzas. No tiene dimensiones. Este coeficiente es un valor que depende de las propiedades de las dos superficies en contacto. Por ejemplo, el coeficiente de fricción entre el acero y el hielo es muy bajo, mientras que entre el caucho y el asfalto es bastante alto.
Si el bloque comienza a moverse, ya no es necesario ejercer tanta fuerza para mantener su velocidad constante pero aún así, continúa existiendo el rozamiento entre superficies, llamada fuerza cinética de rozamiento.
Fk = μk . N
La constante de proporcionalidad que trabajamos aquí se llama coeficiente cinético de rozamiento: μk
El rozamiento está presente en diversas situaciones de nuestro día a día. Aparece siempre que intentamos deslizar una superficie sobre otra. Es por esto que, en la ingeniería y en la física, se realizan cálculos precisos para entender y predecir cómo se comportará la fricción en diferentes escenarios.
Cuanto más ásperas las superficies, mayor el rozamiento entre ellas: arrastrar un mueble sobre una alfombra provoca un rozamiento diferente que si lo hiciéramos sobre un piso de cerámica.
En determinadas situaciones, es fundamental que el rozamiento sea el menor posible, como es en el caso del patinaje en hielo, donde los movimientos ocurren gracias al reducido rozamiento entre las láminas de los patines y la superficie del hielo.
El peso del patinador, concentrado todo sobre las láminas, ejerce presión sobre el hielo derritiéndolo y formando una pequeña capa de agua entre las láminas y la superficie del hielo.
De esa forma, el rozamiento se vuelve muy pequeño, facilitando el movimiento del patinador.
Pero en muchos otros casos el rozamiento estorba o puede ser extremadamente necesario. Por ejemplo, en la industria automotriz, se buscan materiales que tengan un coeficiente de fricción alto para los frenos, ya que esto permite detener el vehículo de manera más eficiente.
Solo piensa que sin rozamiento no sería posible ni siquiera estar de pie, o sentados frente al ordenador ya que nos deslizaríamos sin control y no podríamos ni siquiera tomar un vaso, escribir un papel, o cualquier otra actividad.
Inclusive los objetos aparentemente lisos, como el vidrio, una mesa barnizada o la superficie de un automóvil pulido, poseen muchas “salientes” y “agujeros” a nivel microscópico. Estas irregularidades microscópicas son las que generan la fricción cuando entran en contacto con otras superficies.
Cuando colocamos un objeto sobre una superficie (un ladrillo sobre la mesa por ejemplo), en realidad el ladrillo solo tiene algunos puntos de contacto sobre la mesa debido a esas irregularidades. Esto nos lleva a entender que la fricción no solo depende de la naturaleza de las superficies, sino también de la presión que se ejerce entre ellas.