Leyes de la fricción seca Las propiedades elementales de la fricción de deslizamiento fueron descubiertos por el experimento en el 15 al siglo 18 y se expresaron como tres leyes empíricas: •
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Primera Ley Amontons Amontons ': La fuerza de d e fricción es directamente proporcional a la carga aplicada carga aplicada !egunda Ley Amontons ': La fuerza de fricción es independiente del "rea aparente de contacto Ley de fricción de #oulomb: fricción cin$tica es independiente de la %elocidad de deslizamiento
Fricción seca &ricción en seco resiste el mo%imiento lateral relati%o de dos superficies sólidas en contacto Los dos regímenes de fricción seca son fricción est"tica entre las superficies (ue no se mue%en mue%en)) y la fricción cin$tica entre superficies mó%iles &ricción de #oulomb) el nombre de #*arles+Augustin de #oulomb) es un modelo aproximado para calcular la fuerza de fricción en seco !e rige por la ecuación: donde •
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es la fuerza de fricción e,ercida por cada cad a superficie en el otro -s paralela a la superficie) en una dirección opuesta a la fuerza neta aplicada es el coeficiente de fricción) (ue es una propiedad empírica de los materiales de contacto) es la fuerza normal e,ercida por cada superficie sobre la otra) dirigida perpendicular a la superficie
La fricción de #oulomb puede tomar cual(uier %alor desde cero *asta) y la dirección de la fuerza de fricción contra una superficie es opuesta a la superficie de mo%imiento (ue experimentaría en la ausencia de fricción Por lo tanto) en el caso est"tico) la fuerza de fricción es exactamente lo (ue debe d ebe ser con el fin de impedir el mo%imiento entre las superficies) sino (ue e(uilibra la fuerza neta (ue tiende a pro%ocar tal mo%imiento -n este caso) en lugar de proporcionar una estimación de la fuerza de fricción real) la aproximación de #oulomb proporciona un %alor umbral para esta fuerza) por encima del cual comenzaría mo%imiento -sta fuerza m"xima se conoce como tracción La fuerza de fricción siempre se e,erce en una dirección (ue se opone al mo%imiento o mo%imiento potencial entre las dos superficies Por e,emplo) una piedra de curling deslizante a lo largo del *ielo experimenta una fuerza cin$tica frenarla Para un e,emplo de mo%imiento del potencial) las ruedas de un coc*e acelerando experimentan una fuerza de fricción apuntando *acia delante) y si no lo *acían) las ruedas giraban) y la goma se deslice
*acia atr"s a lo largo de la acera .enga en cuenta (ue no es la dirección del mo%imiento del %e*ículo (ue se oponen) (ue es la dirección de deslizamiento entre el neum"tico y la carretera
Coeficiente de fricción -l coeficiente de fricción) a menudo simbolizado por la letra griega) es un %alor escalar adimensional (ue describe la relación de la fuerza de fricción entre dos cuerpos y la fuerza de presión ,untos -l coeficiente de fricción depende de los materiales utilizados) por e,emplo) de *ielo sobre el acero tiene un ba,o coeficiente de fricción) mientras (ue el cauc*o en el pa%imento tiene un alto coeficiente de fricción Los coeficientes de fricción gama de casi cero a m"s de uno /a,o buenas condiciones) por e,emplo) un neum"tico en concreto puede tener un coeficiente de fricción de 1)0 Para las superficies en reposo respecto a la otra) donde es el coeficiente de fricción est"tica -sto suele ser m"s grande (ue su *omólogo cin$tico Para superficies en mo%imiento relati%o) donde es el coeficiente de fricción cin$tica La fricción de #oulomb es igual a) y la fuerza de fricción en cada superficie se e,erce en la dirección opuesta a su mo%imiento relati%o a la otra superficie &ue Art*ur+ules 2orin (uien introdu,o el t$rmino y demostró la utilidad del c oeficiente de fricción -l coeficiente de fricción es una medición empírica + (ue tiene (ue ser medido experimentalmente) y no puede ser encontrado a tra%$s de c"lculos !uperficies m"s rugosas tienden a tener %alores efecti%os superiores Ambos coeficientes est"ticos y cin$ticos de fricción dependen del par de superficies en contacto3 para un par dado de superficies) el coeficiente de fricción est"tica es generalmente m"s grande (ue la de fricción cin$tica3 en algunos con,untos de los dos coeficientes son iguales) tal como teflón en teflón 2ayoría de los materiales secos en combinación tienen %alores de coeficiente de fricción entre 4) y 4)6 + Los %alores fuera de este rango son m"s raros) pero teflón) por e,emplo) pueden tener un coeficiente tan ba,o como 447 + n %alor de cero significa no *ay fricción en absoluto) una propiedad difícil de alcanzar + incluso los %e*ículos de le%itación magn$tica tienen resistencia 9oma en contacto con otras superficies puede producir coeficientes de fricción 1+ + ;e %ez en cuando se sostiene (ue siempre es <1) pero esto no es cierto 2ientras (ue en la mayoría de las aplicaciones pertinentes <1) un %alor superior a 1 implica simplemente (ue la fuerza re(uerida para deslizar un ob,eto a lo largo de la superficie es mayor (ue la fuerza normal de la superficie en el ob,eto Por e,emplo) cauc*o de silicona o superficies recubiertas de cauc*o acrílico tienen un coeficiente de fricción (ue puede ser sustancialmente m"s grande (ue 1 Aun(ue a menudo se dice (ue el #=& es un bienes materiales es me,or categorizada como propiedad del sistema A diferencia de %erdaderas propiedades del material) el #=& para cual(uiera de los dos materiales depende de las %ariables del sistema tales como la temperatura) la %elocidad) la atmósfera y tambi$n lo est"n a*ora popularmente se describe como el en%e,ecimiento y deaging %eces3 así como en las propiedades geom$tricas de la
interfaz entre los materiales Por e,emplo) un pasador de cobre deslizante contra una placa de cobre de espesor puede tener un #=& (ue %aría de 4)6 a ba,as %elocidades por deba,o de 4) a altas %elocidades cuando la superficie de cobre comienza a fundirse debido al calentamiento por fricción La %elocidad de este >ltimo) por supuesto) no determina la #=& >nica) y si el di"metro del pasador se aumenta de modo (ue el calentamiento por fricción se elimina r"pidamente) la temperatura desciende) el p asador permanece sólido y el #=& se ele%a a la de una prueba de %elocidad ba,a
Ángulo de fricción Para obtener el m"ximo "ngulo de fricción est"tica entre los materiales granulares) %$ase el "ngulo de reposo Para ciertas aplicaciones) es m"s >til para definir la fricción est"tica en t$rminos del "ngulo m"ximo antes de (ue uno de los elementos comenzar" deslizante -sto se conoce como el "ngulo de fricción o "ngulo de fricción !e define como: donde? es el "ngulo de la %ertical y s es el coeficiente de fricción est"tica entre los ob,etos -sta fórmula tambi$n se puede utilizar para calcular s a partir de mediciones empíricas del "ngulo de fricción
Fricción en ejes (chumaceras) .eoría Las c*umaceras se utilizan para proporcionar soporte lateral a flec*as y e,es en rotación !i la c*umacera esta totalmente lubricada) la resistencia por fricción depende de la %elocidad de rotación) del ,uego entre el e,e y la c*umacera y de la %iscosidad del lubricante Los problemas de este tipo se estudian en la mec"nica de fluidos) sin embargo) los m$todos pueden aplicarse al estudio de la fricción de los e,es cuando la c*umacera no esta lubricada o cuando solo esta parcialmente lubricada -ntonces) se puede suponer (ue el e,e y la c*umacera est"n en contacto directo a lo largo de una sola línea recta #onsideraciones -n un soporte típico de c*umacera lisa #uando gira en sentido *orario) rueda contra la pared de la c*umacera *asta alg>n punto donde ocurre el deslizamiento !i *ay una carga lateral (ue act>a en el extremo de la flec*a) es necesario (ue la fuerza reacti%e su apoyo actuando en el punto (ue sea igual a la opuesta) el momento necesario para mantener una rotación constante de la flec*a se puede encontrar sumando momentos con respecto al e,e z de la flec*a
FRICCION EN !N"!
#oncepto: !e define como fuerza de rozamiento en banda o fuerza de fricción en banda ) a la fuerza entre la banda y las superficies en contacto) a a(uella (ue se opone al mo%imiento entre las bandas y superficies o a la fuerza (ue se opone al inicio del mo%imiento @ fuerza de fricción est"tica en bandas !e genera debido a las imperfecciones) mayormente microscópicas) entre la banda y las superficies en contacto Para estudiar su comportamiento es necesario *acer un diagrama de cuerpo libre La fricción en bandas es un factor importantísimo de analizar a la *ora de determinar la capacidad de transmisión de tor(ue de una m"(uina de cual(uier índole cuyo funcionamiento este basado en un sistema de banda y poleas -ntonces para esto debemos considerar una banda plana (ue pasa sobre un tambor cilíndrico fi,o !e desea determinar la relación (ue existe entre los %alores .1 y . de la tensión presente en las dos partes de la banda cuando $sta se encuentra a punto de deslizarse *acia la derec*a !e obser%a (ue la fricción en la banda act>a en contra del mo%imiento) es decir *acia la iz(uierda y como se supone (ue el mo%imiento es inminente) se tiene (ue la fuerza de fricción es est"tica 2"s adelante *ablaremos con m"s formalidad con respecto la fricción en banda
BC.D=;##B=C #uando tallamos nuestras manos una sobre otra) repetidamente) despu$s de un momento notamos (ue la palma de las manos se calientan -n ocasiones esto lo *acemos cuando tenemos frio y (ueremos calentar las manos Lo (ue sucede es (ue al deslizar una mano sobre otra aplicamos cierta fuerza y decimos (ue las EfriccionamosE) entonces esa resistencia al deslizamiento se llama fuerza de fricción y p odemos percibir su efecto en el calentamiento de nuestras manos -sto sucede con cual(uier superficie (ue se desliza sobre otra y *ay ( in%ertir energía para %encerla y empezar el mo%imiento ;ic*a fuerza (ue in%ertimos %a de cero *asta un %alor en el cual el mo%imiento empieza Así si fricción (ue se opone a mo%imiento %a desde cero a un %alor m"ximo (ue es cuando es %encida y al iniciar el mo%imiento por la misma inercia) este %alor m"ximo de la fuerza de fricción disminuye ligeramente -n nuestros caculos de mec"nica siempre (ue tengamos superficies en contacto: poleas+banda3 lo (ue deslizando uno sobe otro) tornillos roscando @rosca cuadrada3 c*umaceras) cuFas) etc !iempre debemos de tener presente) dic*a fuerza de fricción Para finalizar esta introducción se menciona (ue la fricción entre superficies en contacto) puede ser seca o lubricada !eca cuando es contacto es directo superficie con superficie) y lubricada cuando el contacto es a tra%$s de lubricante
LE#E$ "E FRICCION $EC!% COEFICIEN&E$ "EFRICCION' #onsid$rese las figuras siguientes:
-n la figura a3 se tiene un blo(ue de peso G) sobre una superficie *orizontal) la fuerza (ue act>a sobre $l es su propio peso) por lo tanto debido a esa acción) y como no *ay ninguna fuerza actuando *orizontalmente) la reacción es solamente en la misma dirección del peso G y en sentido opuesto) dic*a fracción es la fuerza normal a la superficie y se representa por C Analizando a figura b3 (ue es lo mismo (ue la figura a solo (ue a*ora se aplica sobre el blo(ue de peso G) una fuerza *orizontal EpE y este no se mue%e lo (ue (uiere decir (ue existe una fuerza tambi$n *orizontal (ue la est" e(uilibrando) la cual se llama &DHA ;&DB##B=C -!.A.B#A) @(ue permanece en un cierto rango de %alores desde creo *asta (ue es %encida -sta fuerza de fricción est"tica es posible (ue se deba a las irregularidades de las superficies (ue penetran de una a otra y a la atracción molecular !i el %alor se de la fuerza EpE aplicada se incrementa gradualmente llegara el momento en (ue el blo(ue empezara su mo%imiento) ya no podr" mantener el e(uilibrio del blo(ue) en ese momento la fricción alcanza su m"ximo %alor &m ;espu$s de iniciado el mo%imiento el %alor de la fricción decae ligeramente *asta un %alor &I) esto debido a (ue por el mo%imiento la interpenetración entre las irregularidades de las superficies es menor A &I se le llama) fuerza de &DB##B=C #-CB-.B#A !i la fuerza EpE despu$s de iniciado el mo%imiento y (ue el blo(ue *aya alcanzado cierta %elocidad) se suspende) el bo(ue alcanzara nue%amente su e(uilibrio y así se prueba tambi$n (ue si la fricción no existiera) despu$s de iniciado el mo%imiento el blo(ue nunca pararía
Coeficientes de Fricción 2ateriales
#oef de &ricción -st"tica s
#oef de &ricción #in$tica I
Acero + Acero
407
450
Aluminio + Acero
461
470
#obre + Acero
45
46
Latón + Acero
451
477
#inc + Jierro colado
485
41
#auc*o + #oncreto
14
48
2adera + 2adera
45+45
4
Kidrio + Kidrio
47
47
#obre + Kidrio
468
45
Jielo + Jielo
41
44
.eflón + .eflón
447
447
.eflón + Acero
447
447
Resistencia a la rodadura -n el sentido m"s amplio y específico resistencia a la rodadura) es la fuerza po r unidad de peso del %e*ículo es necesario para mo%er el %e*ículo sobre una superficie plana a una %elocidad ba,a constante en la resistencia aerodin"mica es insignificante y tambi$n donde no *ay fuerzas de tracción o frenos aplicados -n otras palabras) el % e*ículo se deslice si no fuera por la fuerza para mantener la %elocidad constante n e,emplo de tal uso es para ferrocarriles -ste sentido amplio incluye la resistencia del co,inete de rueda) la energía disipada por la %ibración y la oscilación) tanto de la capa de balasto y el %e*ículo) y el deslizamiento de la rueda sobre la superficie de capa de balasto Pero *ay un sentido a>n m"s amplio (ue incluiría el derroc*e de energía por deslizamiento de las ruedas por el par aplicado por el motor -sto incluye el aumento de la potencia re(uerida debido al aumento de la %elocidad de las ruedas) donde la %elocidad tangencial de la rueda motriz se *ace mayor (ue la %elocidad del %e*ículo debido al deslizamiento ;ado (ue la energía es igual a la fuerza por la %elocidad y la %elocidad de la rueda se *a incrementado) la potencia re(uerida *a aumentado en consecuencia
La pura resistencia a la rodadura de un tren es la (ue ocurre debido a la deformación y el posible deslizamiento menor en el contacto rueda+road Para un neum"tico de cauc*o) una p$rdida de energía an"loga ocurre en todo el neum"tico) pero toda%ía se llama resistencia a la rodadura -n el sentido m"s amplio) resistencia a la rodadura incluye resistencias de rodamiento) la p$rdida de energía por agitación tanto en la calzada y el propio %e*ículo) y por el deslizamiento de la rueda) contacto con la carreteraMferrocarril Libros de texto del ferrocarril parecen cubrir todas estas fuerzas de resistencia) pero no ponen su suma resistencia a la rodadura) como se *ace en este artículo !implemente resumir todas las fuerzas de la resistencia y la llaman la suma resistencia del tren b"sico ;esde ferrocarril resistencia a la rodadura en el sentido amplio pue de ser un par de %eces m"s grande (ue sólo la resistencia a la rodadura pura) los %alores pueden estar en conflicto serio) ya (ue pueden estar basadas en diferentes definiciones de resistencia a la rodadura Los motores del tren deben) por supuesto) proporcionar la energía para superar esta resistencia a la rodadura en sentido amplio Para los %e*ículos de motor de carretera) es e%idente (ue existe un poco de energía de disipación en el temblor de la carretera y la tierra aba,o) sacudiendo del propio %e*ículo) y el deslizamiento de los neum"ticos Pero aparte de la potencia adicional necesaria debido a la torsión y la fricción co,inete de la rueda) resistencia a la rodadura no pura no parece (ue *an sido in%estigados) posiblemente debido a (ue el puro resistencia a la rodadura de un neum"tico de cauc*o es %arias %eces mayor (ue las resistencias desatendidas
*ttp:MMcentrodeartigocomMarticulos+para+saber+masMarticleN706*tml
*ttp:MMdidacticafisicausonmxMtablasMcoefficientsNofNfriction*tm
https://es.scribd.com/doc/149443650/Friccion-en-Banda
http://centrodeartigo.com/articulos-informatios/article!644"1.html
