Rozamiento

Cuando un cuerpo se desliza sobre otro o rueda sobre su superficie, se origina una fuerza que se opone al movimiento, llamada de razonamiento. Estas fuerzas deben su origen a las rugosidades superficiales de los cuerpos, que, ajustándose unas a otras, frenan el movimiento. Por ello, cuando mas pulimentadas son las superficies menor es la fuerza del rozamiento.

Leyes del rozamiento

Las principales leyes del rozamiento son:

• La fuerza del rozamiento es siempre de sentido contrario a la fuerza que empuja al cuerpo. En consecuencia, si el cuerpo llega a moverse, la fuerza de rozamiento será de sentido contrario a la velocidad del cuerpo.
• El valor de la fuerza de rozamiento es siempre menor o-a lo sumo – igual que el de la fuerza que empuja al cuerpo. Por consiguiente, una fuerza de rozamiento nunca es la de provocar el movimiento de un cuerpo, aunque si de frenarlo.
• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la superficie de contacto.
• La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza del cuerpo en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies. Para cada pareja de cuerpos, cuando mas pulimentadas se encuentren las superficies en contacto, menor es el rozamiento.
• La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actua entre las superficies en contacto.
• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la velocidad con que se desplaza un cuerpo sobre el otro.
• Para un mismo par de cuerpos  el rozamiento es mayo en el momento del arranque que cuando se ha iniciado el movimiento. En efecto, si sobre un cuerpo apoyado en una superficie se aplica una fuerza que vaya aumentado paulatinamente, justo hasta que empiece a moverse, la fuerza que se necesita para mantener este movimiento es menor que la que ha sido necesario para iniciarlo. De aquí se definen dos fuerzas de rozamiento.
• Fuerza de rozamiento estático. Es la fuerza que se opone a que el cuerpo deje el estado de reposo e inicie el movimiento.
• Fuera de rozamiento cinético. Es la fuerza que se opone a que el cuerpo mantenga el movimiento rectilíneo uniforme.

Coeficientes de rozamiento

La fuerza de rozamiento Fr es directamente proporcional a la fuerza normal N que mantiene las dos superficies en contacto, , donde µ es la constante de proporcionalidad.

Pues bien, llamamos coeficiente de rozamiento a la constante de proporcionalidad µ entre la fuerza de rozamiento y la fuerza normal.

Ahora bien, como se han distinguido dos clases de fuerzas de rozamiento, también se deberán distinguir dos coeficientes de rozamiento.

El coeficiente de rozamiento estático, ,  es el cociente entre la fuerza de rozamiento estático apreciada en el momento de iniciarse el movimiento y la fuerza normal a la superficie de contacto.

El cociente de rozamiento cinético,, es el cociente entre la fuerza de rozamiento cinético apreciada durante el movimiento y la fuerza normal a la superficie de contacto.

Se sabe de forma experimental que la fuerza necesarias para mantener un objeto deslizándose a velocidad  constante es menor que la necesaria para ponerlo en movimiento. Es decir, que la fuerza de rozamiento cinético es sensiblemente menor que la fuerza de rozamiento estático.

En consecuencia, comparando las expresiones anteriores, se deduce que:

Movimiento de un cuerpo por un plano inclinado

Un bloque situado sobre un plano cuya inclinación puede modificarse a voluntad. En una posición cualquiera (dada por el ángulo α), el peso (P) del bloque, que como sabemos es una magnitud vectorial (vertical y hacia abajo), puede descomponerse en sus componentes H y V, paralela y perpendicular al plano inclinado respectivamente:

El vuelco del bloque se producirá cuando la vertical desde el centro de gravedad caiga fuera de la base de apoyo.

Además, entre la cara inferior del bloque y el plano inclinado, existe una fuerza de rozamiento que impide que el bloque deslice al incrementar el ángulo de inclinación α. Esta fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza perpendicular ejercida por el bloque sobre el plano inclinado (V), siendo el factor de proporcionalidad el coeficiente de rozamiento μ:

La pérdida del equilibrio, es decir, el descenso del bloque puede darse en dos circunstancias:

• Deslizamiento: A medida que incrementamos el ángulo α, la componente H se incrementa, mientras la V disminuye, llegando un momento en el que se vence la fuerza de rozamiento; en el límite, cuando α = α1:

• Vuelco: Antes de alcanzar dicho valor puede darse la circunstancia de que el bloque vuelque sin deslizar. Esta situación se producirá si la vertical desde el centro de gravedad asoma fuera de la base de apoyo; en la figura se muestra la situación límite; si el ángulo α se incrementa por encima de α2 se producirá el vuelco. Si llamamos a a la altura del bloque, b a la longitud de su base y β al ángulo de la diagonal (que pasará por el centro del gravedad si el bloque es homogéneo y de forma rectangular), entonces:

Comparando los valores de  y , o lo que es lo mismo de  y :

• El bloque deslizará antes de volcar si
• El bloque volcará antes de deslizar si

Cuanto más achatado es el bloque (mayor b y menor a), mayor ha de ser el ángulo de inclinación para que se produzca el vuelco; y mayor la probabilidad de que se produzca primero el deslizamiento. Por el contrario, cuanto mayor sea el coeficiente de rozamiento, mayor será la probabilidad de que se produzca el vuelco antes que el deslizamiento.

Para valores de la pendiente del plano inclinado tales que se supere el coeficiente de rozamiento y siendo μ ligeramente superior a la relación b\a se produce simultáneamente el deslizamiento y el vuelvo del bloque.