2.2 Fuerzas de rozamiento


Cuando un cuerpo se desliza sobre una superficie, tarde o temprano acabará parándose; esta afirmación parece contradecir la primera ley de Newton o de la inercia. ¿Cuál es la causa de este comportamiento? La fuerza de rozamiento que se opone al deslizamiento y que es debida a las imperfecciones microscópicas de los materiales. Nos confunde el hecho de que parece que no actúa ninguna fuerza pero hay una fuerza, la del rozamiento, que se opone al deslizamiento de un cuerpo sobre otro y que explica, de acuerdo con la segunda ley de Newton, la existencia de un cambio en el estado de movimiento.
Imagen adaptada de HiTe en Wikimedia Commons. CC

Importante

Por fuerza de rozamiento se entiende toda fuerza que se opone al deslizamiento de un objeto debido a las interacciones entre las superficies de contacto y/o el medio en el que se desplaza.

Al realizar un estudio experimental de una fuerza de rozamiento, se encuentran las siguientes características:

  • Toda fuerza de rozamiento tiene la dirección de la superficie de contacto y sentido contrario al posible deslizamiento.
  • El valor de su módulo toma valores desde cero hasta un valor máximo, que coincide con la fuerza mínima para iniciar el movimiento.
  • Una vez ha comenzado el movimiento, el valor del módulo disminuye hasta un valor determinado que permanece constante mientras el cuerpo siga moviéndose.
  • La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto entre superficies.

De estos resultados podemos deducir la existencia de una constante de proporcionalidad entre fuerza de rozamiento y la Normal, que denominaremos coeficiente de rozamiento y representaremos por la letra griega μ. Además, existen dos tipos de fuerza de rozamiento:

  • Fuerza de rozamiento estático, que actúa sobre los cuerpos en reposo, caracterizada por el coeficiente de rozamiento estático μe.
  • Fuerza de rozamiento dinámico, que actúa sobre los cuerpos en movimiento, caracterizada por el coeficiente de rozamiento dinámico μd.

Importante

Según lo visto, el valor de la fuerza de rozamiento es variable. Mientras no haya deslizamiento, la fuerza de rozamiento coincide con las fuerzas aplicadas en la dirección del deslizamiento hasta alcanzar un valor máximo:

F_{Re\: max} = μ_e·N

Cuando se produce deslizamiento la fuerza de rozamiento se puede calcular como:

F_{Rd} = μ_d·N

Se cumple que para un mismo par de superficies que el coeficiente de rozamiento dinámico es menor que el estático.

Caso práctico

Vamos a practicar un poco con el siguiente simulador para ver si has conseguido comprender cómo se manifiesta la fuerza de rozamiento.

Simulación de Phet Colorado. CC

Entra en el apartado "Fricción", selecciona Fuerzas, suma de fuerzas y valores en le cuadro superior derecho. Ahora aplica una fuerza pequeña, 10 N por ejemplo, sobre el cuerpo. ¿Qué ocurre?

¿Cómo es posible que el cuerpo no se mueva si estoy aplicando una fuerza sobre él?
¿Cuál es esa fuerza?
Reinicia y aplica una fuerza de 20 N. ¿Qué ocurre?

Reinicia y aplica una fuerza de 126 N. ¿Qué ocurre ahora?

¿Qué valor tendrá la fuerza de rozamiento en la situación anterior?

Reinicia y aplica una fuerza de 150 N. ¿Qué valor tiene la fuerza de rozamiento en este caso?

Cuando el objeto se está moviendo, ¿qué ocurre con el valor de la fuerza de rozamiento?

Reinicia de nuevo y mueve el cursor de la fuerza aplicada hasta que tenga un valor de 125 N. En ese momento aumenta la fuerza aplicada 1 N hasta que valga 126 N. ¿Qué ocurre? ¿Cuánto vale la fuerza de rozamiento máxima?

Curiosidad

Molécula de teflón

Imagen  de Wikimedia. CC0
El rozamiento nunca puede llegar a eliminarse completamente. Sin embargo, es posible reducirlo drásticamente mediante el uso de materiales específicos. La química moderna nos ha proporcionado sustancias que permiten un rozamiento mínimo: uno de estos materiales es el politetrafluoroetileno, más conocido por su nombre comercial Teflón.
Se trata de un material impermeable con un índice de fricción mínimo, lo que provoca que cualquier sustancia situada sobre él resbale, lo que le da su característica antiadherencia y de ahí su uso en sartenes y cacerolas. Como curiosidad, también se utiliza en piercings e implantes para evitar alergias y enganches con la ropa.
Puedes conocer más cosas sobre el politetrafluoroetileno en el siguiente enlace.

Comprueba lo aprendido

Pregunta

Marca las afirmaciones sobre el rozamiento que sean correctas:

Respuestas

Un cuerpo en reposo no sufre nunca rozamiento.

El coeficiente de rozamiento estático siempre es mayor que el coeficiente de rozamiento dinámico.

La fuerza de rozamiento estático siempre es mayor que la fuerza de rozamiento dinámico.

Retroalimentación

Caso práctico

Imagen en pxhere. Dominio público

Es muy frecuente escuchar la frase "el rozamiento siempre se opone al movimiento". Claro, como muchos objetos se paran por culpa del rozamiento... Pero piensa en una situación muy cotidiana: ¿qué fuerza nos permite transportar objetos en una bandeja?

Haz un esquema y dibuja las fuerzas que actúan sobre un objeto situado sobre la bandeja.

¿Qué es más correcto: decir que la fuerza de rozamiento se opone al movimiento o al deslizamiento entre superficies?