El
rozamiento entre dos superficies en contacto ha sido aprovechado por
nuestros antepasados más remotos para hacer fuego frotando maderas.
En nuestra época, el rozamiento tiene una gran importancia
económica, se estima que si se le prestase mayor atención se podría
ahorrar muchísima energía y recursos económicos.
Históricamente,
el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que dedujo
las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que
desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó
desapercibido.
En
el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las
leyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos
superficies planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente
las que estudiamos en los libros de Física General:
- La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano.
- La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
- La fuerza de rozamiento no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los dos cuerpos, pero sí depende de cual sea la naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la formen y si es más o menos rugosa.
El
científico francés Coulomb añadió una propiedad más:
- Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.
La
mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son
extremadamente rugosas a escala microscópica. Los picos de las dos
superficies que se ponen en contacto determinan el área real de
contacto que es una pequeña proporción del área aparente de
contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto
aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los
picos se deforman.
La
fuerza
de rozamiento
es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una
fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos.
Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más
andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo,
que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo
rugoso).
Existe
rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos
cuerpos que están en contacto. Hablamos entonces de Fuerza
de rozamiento estática.
Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una
fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza
de rozamiento estática que se opone al movimiento. Si aumentamos la
fuerza con laque empujamos, llegará un momento en que superemos está
fuerza de rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda
mover. Una vez que el cuerpo empieza a moverse, hablamos de fuerza
de rozamiento dinámica.
Esta fuerza de rozamiento dinámica es menor
que la fuerza de rozamiento estática.
EJEMPLO
1.- Para mover una caja de 12 kg situada sobre una superficie
horizontal actúa una fuerza horizontal de 52 N ; el coeficiente
de rozamiento cinético es 0.35.
a.-
Calcula cual seria la fuerza de rozamiento.
b.-
Calcula la aceleración de la caja.
a.-
Es la primera vez que tenemos fuerzas tanto en el eje x como en el
eje y. Ten en cuenta que en el eje y no hay movimiento, hay
movimiento en el eje x hacia la derecha tal como indica el enunciado
en el sentido de la fuerza aplicada.
Eje
y:
Fresultante
= m · a
Fnormal
– Fpeso
= m · a
N
- ( mcuerpo
· g ) = m · a
Teniendo
en cuenta que el objeto no se mueve es decir a = 0 m/s2
N
- ( mcuerpo
· g ) = 0
Y
despejando N = ( mcuerpo
· g )
Es
decir que estudiando sólo el eje y no contestamos a la pregunta del
problema pero si demostramos algo muy importante que nos servirá
para responder porque hemos averiguado el valor de la fuerza Normal:
Frozamiento=
· N = ·
(
mcuerpo
· g )
Frozamiento=0,35
x ( 12 kg x 9.8 m/s2
) = 41,16
N
b.-
Para calcular la aceleración de la caja vamos a analizar el Eje x,
que es el eje donde existe movimiento:
Fresultante
= m · a
Faplicada
– Frozamiento
= m · a
52
N
- 41,16 N = 12 kg x a
10,84
N = 12 kg x a
10,84 N / 12 kg = a
0,90
m/s2
=
a
