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 de HiTe adaptada, bajo licencia Creative Commons

Actividad

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 μ_e.
Fuerza de rozamiento dinámico, que actúa sobre los cuerpos en movimiento, caracterizada por el coeficiente de rozamiento dinámico μ_d.

Actividad

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.

Pre-conocimiento

Molécula de teflón. Imagen libre de derechos procedente de Wikipedia

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.

AV - Pregunta de Selección Múltiple

Pregunta

Marca las afirmaciones sobre el rozamiento que sean correctas:

Respuestas

Opción 1

Un cuerpo en reposo no sufre nunca rozamiento.

Opción 2

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

Opción 3

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

Retroalimentación

Sobre un objeto en reposo actúa una fuerza de rozamiento siempre que exista otra fuerza en la dirección paralela a la superficie; su valor será igual y de sentido contrario a dicha fuerza, hasta un valor límite (F = μ_e·N), momento en el que el cuerpo comenzará a moverse.

Efectivamente, el valor del coeficiente de rozamiento estático es siempre mayor que el del dinámico, sin embargo esto no significa que la fuerza de rozamiento estático sea mayor que la del rozamiento dinámico, ya que esta depende de la fuerza que intenta provocar el movimiento. Lo que sí es cierto es que el valor máximo de la fuerza de rozamiento estático es mayor que la fuerza de rozamiento dinámico.

Ejemplo o ejercicio resuelto

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.

Retroalimentación

Evidentemente nosotros aplicamos una fuerza sobre la bandeja que desplaza al conjunto de la bandeja y el objeto que esta soporta encima. Supongamos que llevamos una botella. Las fuerzas que actúan sobre la botella, son la normal y su peso en dirección vertical. En dirección horizontal no hay ninguna fuerza aparentemente que la empuje hacia la derecha. Sin embargo, piensa por un momento qué ocurre cuando la bandeja está mojada. Es fácil ver como los objetos situados encima de una bandeja resbalan hacia atrás cuando nos movemos hacia delante y se pueden llegar a caer. Claro, cuando se moja la bandeja, el rozamiento de esta con los cuerpos que porta disminuye y por eso el cuerpo resbala. Por lo tanto la única fuerza que en este caso puede explicar el movimiento de la botella hacia la derecha es la fuerza de rozamiento con la superficie de la bandeja.

Imagen de elaboración propia

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