Definición de Fricción

La fricción -o el roce- es el resultado de una interacción por contacto entre dos superficies que se deslizan (o tienden a deslizarse) de forma tangencial entre ellas, originándose una fuerza denominada fuerza de fricción o de roce.

Evelyn Maitee Marín | Julio 2022
Ingeniera Industrial, MSc en Física, y EdD

Este tipo de fuerzas se debe principalmente a las irregularidades, incluso a nivel microscópico, que poseen todas las superficies, y que ocasionan una especie de agarre o resistencia al deslizamiento relativo al plano paralelo de las superficies que interactúan.

De acuerdo con el planteamiento anterior, dado que la fuerza de fricción es una consecuencia de la resistencia al deslizamiento entre planos, la manera gráfica de representar este vector es siempre paralelo al plano tangente de contacto y en sentido opuesto al movimiento o a la tendencia del mismo.

Características de la fuerza de fricción

La fricción es una fuerza de gran importancia y está presente en la nuestra vida cotidiana. Gracias a ella podemos caminar, ya que si no existiera roce, sería imposible dar un paso porque no habría adherencia entre el píe y la superficie. Bajo este principio, se diseñan las suelas de los calzados o la huella de los neumáticos.

Los calzados deportivos están elaborados de una goma con un alto coeficiente de fricción y con un relieve que facilita el agarre y adherencia a las superficies.

Por otra parte, existen otras aplicaciones en las cuales se busca reducir al máximo la fricción entre las superficies, con la finalidad de disminuir el efecto que esta produce, tales como desgaste, erosión y calentamiento. Por ejemplo, en los mecanismos de un motor de combustión interna de un vehículo, se debe evitar el sobrecalentamiento por efecto de fricción, ya que esto provocaría deformación y falla en los materiales. Asimismo, el desgaste de las superficies ocasionado por la fricción, reduciría considerablemente la vida útil de las partes del motor. Para combatir estos efectos, se utilizan lubricantes y rodamientos.

El coeficiente de fricción

La magnitud de la fuerza de fricción se relaciona directamente con la naturaleza de las superficies que se encuentran interactuando, y dichas superficies están caracterizadas mediante un coeficiente de fricción, que puede ser estático o dinámico. Para la mayoría de los materiales, los coeficientes de fricción se encuentran tabulados en libros o manuales de ciencia de los materiales o Física.

Los coeficientes de fricción son cantidades adimensionales cuyos valores se encuentran entre el cero y la unidad (0 < μ < 1), y experimentalmente se ha demostrado que el coeficiente de fricción estático es mayor que el cinético (μs > μk).

Nota: en algunos casos, se han determinado experimentalmente coeficientes de fricción superiores a la unidad.

Tabla de coeficientes de fricción

Fuerza de fricción estática y cinética

Como se ha mencionado, el coeficiente de fricción entre dos superficies varía cuando éstas se encuentran en reposo, pero con tendencia al movimiento (fricción estática Fs); en comparación a cuando se desliza una respecto a la otra (fricción cinética Fk). Es decir, para que exista fuerza de fricción, debe haber al menos, una tendencia del cuerpo a deslizarse sobre la superficie.

Comportamiento de la fuerza de fricción.

En la figura mostrada se presenta un bloque que inicialmente se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. En esa condición, la fuerza de fricción es nula, ya que el cuerpo no es propenso a deslizarse. Luego, se aplica una fuerza horizontal F ≠ 0 que inmediatamente da lugar a la aparición de una fuerza de fricción, que será igual y opuesta a esta fuerza mientras continúe su condición de reposo (F = Fs).

Justo en el momento cuando aparece el primer indicio de movimiento, se denomina “movimiento inminente”, que es donde se presenta la fuerza de fricción estática máxima (Fsmax), cuya magnitud es directamente proporcional a la reacción normal (n) de la superficie. La constante de proporcionalidad es el coeficiente de fricción estático (μs).

\({{F}_{smax}}=n · {{\mu }_{s}}\)

Una vez que el cuerpo comienza a deslizarse, la resistencia al movimiento es ligeramente menor, y la fuerza de fricción es aproximadamente constante y se determina multiplicando el coeficiente de fricción cinético (también llamado dinámico) por la reacción normal:
\({{F}_{k}}=n · {{\mu }_{k}}\)

 
 
 
Por: Evelyn Maitee Marín. Ingeniera industrial con maestría en Ciencias aplicadas de Física y doctorado en Ciencias de la Educación. Profesora de la Universidad del Zulia.
Art. actualizado: Julio 2022; sobre el original de febrero, 2012.
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Referencias

Serway Raymond (2015). Física para ciencias e ingeniería. Volumen 1. Novena edición. Cengage Learning. p. 132
 
 
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