Fricción en rodamientos

También llamada fuerza de roce o fuerza de rozamiento, es una fuerza resistiva que actúa entre dos superficies en contacto cuando una se desliza o intenta deslizarse sobre la otra. Esta fuerza de fricción se opone al movimiento relativo entre las dos superficies y surge debido a la interacción de las asperezas microscópicas presentes en ambas superficies.

Cuando intentas deslizar un objeto sobre una superficie, las asperezas microscópicas de ambas superficies se interbloquean o entrelazan, esto crea una resistencia al movimiento y es lo que conocemos como fricción. La fricción se presenta en diversas situaciones cotidianas, como cuando caminamos sobre el suelo, cuando se frena un automóvil o cuando se detiene un objeto en movimiento.

Podemos visualizar las fuerzas que actúan sobre un objeto en una superficie horizontal en la siguiente imagen:

Para el cálculo de la fuerza de fricción se tiene la siguiente fórmula:

La fuerza de fricción es proporcional a la fuerza normal multiplicada, por un coeficiente de fricción manejado con la letra µ, el cual es un valor constante y característico de cada superficie.

Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (Fe) y la fricción dinámica (Fd). El primero es la resistencia que se debe superar para poner en movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es la resistencia de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vez que este ya comenzó.

Lo que diferencia a un roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo, en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.

Detallando la fuerza estática, podemos decir que a medida que se aumenta la fuerza aplicada a un objeto, el suelo ejerce una fuerza de fricción opuesta al movimiento que se va igualando a la fuerza aplicada, tal fuerza se llama fuerza de fricción estática (Fe).

La fuerza de fricción estática Fe, alcanza un máximo valor cuando se cumple la igualdad. Fe = coeficiente de fricción estático por la fuerza normal.

Cuando esto ocurre el objeto está a punto de deslizar, esta situación se conoce “como movimiento inminente”.

Cuando el objeto está en movimiento y hay fricción, la fuerza que se opone al movimiento se denomina fuerza de fricción cinética o dinámica, (Fd), la cual es menor que la fuerza de fricción estática.

Esto se debe a que es mas fácil mantener un objeto en movimiento que ponerlo en movimiento.

Veamos ahora un ejemplo, sobre una superficie horizontal se coloca un cuerpo y se le aplica una fuerza horizontal (F), se puede ver que el cuerpo no se desplaza, la fuerza de rozamiento estática igual a la fuerza aplicada y el cuerpo permanece en reposo.

Al sobrepasar el punto A, el cuerpo súbitamente se comienza a desplazar, esto quiere decir que la fuerza ejercida en A, es la máxima fricción estática que el cuerpo puede soportar sin deslizarse.

Posterior a eso, y manteniendo la fuerza necesaria para mantener el cuerpo en movimiento, una vez iniciado el desplazamiento es lo que llamamos: (Fd), o fuerza dinámica, esta es menor que la que fue necesaria para iniciarlo (Fe). La fuerza dinámica permanece constante.

Con este ejemplo, podemos identificar fácilmente el comportamiento de la fricción en sus diferentes etapas, confirmando lo que hemos mencionado anteriormente. Encontramos que la fuerza estática es igual a la fuerza aplicada al objeto hasta su punto de máxima resistencia. Una vez que el cuerpo se encuentra en movimiento, existe un coeficiente de fricción dinámica que es menor al coeficiente de fricción estático; por lo que es mas fácil mantener un cuerpo en movimiento, que hacerlo que se mueva desde reposo.

Existen diversos coeficientes de fricción estáticos y cinéticos o dinámicos, establecidos para diversos tipos de materiales, en la siguiente tabla encontramos algunos de ellos.

De igual forma podemos encontrar el rozamiento entre sólidos y líquidos, el cual es una cuestión de interés práctico, es un problema mixto donde pueden aparecer tanto fenómenos de rozamiento entre sólidos como entre fluido y sólido, dependiendo de la velocidad.

Se trata del caso de dos superficies sólidas entre las cuales existe una fina capa de fluido en base a los estudios presentados por Richard Stribeck, demostró que a muy bajas velocidades predomina un rozamiento como el que ocurre entre dos superficies secas y para velocidades muy altas predomina un rozamiento hidrodinámico. La mínima fricción se alcanza para una velocidad intermedia dependiente de la presión del fluido, su “viscosidad cinemática”.