Leyes de la fricción seca
Las propiedades elementales de la fricción de deslizamiento fueron descubiertos por el experimento en el 15 al siglo 18 y se expresaron como tres leyes empíricas:- Primera Ley Amontons ': La fuerza de fricción es directamente proporcional a la carga aplicada.
- Segunda Ley Amontons ': La fuerza de fricción es independiente del área aparente de contacto.
- Ley de fricción de Coulomb: fricción cinética es independiente de la velocidad de deslizamiento.
Fricción seca
Fricción en seco resiste el movimiento lateral relativo de dos superficies sólidas en contacto. Los dos regímenes de fricción seca son "fricción estática" entre las superficies que no se mueven, y la fricción cinética entre superficies móviles.Fricción de Coulomb, el nombre de Charles-Augustin de Coulomb, es un modelo aproximado para calcular la fuerza de fricción en seco. Se rige por la ecuación:
donde
- es la fuerza de fricción ejercida por cada superficie en el otro. Es paralela a la superficie, en una dirección opuesta a la fuerza neta aplicada.
- es el coeficiente de fricción, que es una propiedad empírica de los materiales de contacto,
- es la fuerza normal ejercida por cada superficie sobre la otra, dirigida perpendicular a la superficie.
La fuerza de fricción siempre se ejerce en una dirección que se opone al movimiento o movimiento potencial entre las dos superficies. Por ejemplo, una piedra de curling deslizante a lo largo del hielo experimenta una fuerza cinética frenarla. Para un ejemplo de movimiento del potencial, las ruedas de un coche acelerando experimentan una fuerza de fricción apuntando hacia delante, y si no lo hacían, las ruedas giraban, y la goma se deslice hacia atrás a lo largo de la acera. Tenga en cuenta que no es la dirección del movimiento del vehículo que se oponen, que es la dirección de deslizamiento entre el neumático y la carretera.
Fuerza normal
La fuerza normal se define como la fuerza neta compresión de dos superficies paralelas juntos, y su dirección es perpendicular a las superficies. En el caso simple de una masa que descansa sobre una superficie horizontal, el único componente de la fuerza normal es la fuerza debida a la gravedad, donde. En este caso, la magnitud de la fuerza de fricción es el producto de la masa del objeto, la aceleración debida a la gravedad, y el coeficiente de fricción. Sin embargo, el coeficiente de fricción no es una función de la masa o volumen, sino que depende únicamente del material. Por ejemplo, un bloque de aluminio grande tiene el mismo coeficiente de fricción como un pequeño bloque de aluminio. Sin embargo, la magnitud de la fuerza de rozamiento en sí depende de la fuerza normal, y por lo tanto en la masa del bloque.Si un objeto se encuentra en una superficie nivelada y la fuerza que tiende a hacer que se deslice es horizontal, la fuerza normal entre el objeto y la superficie es sólo su peso, que es igual a su masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad de la tierra, g . Si el objeto está en una superficie inclinada tal como un plano inclinado, la fuerza normal es menor, ya que menos de la fuerza de la gravedad es perpendicular a la cara del plano. Por lo tanto, la fuerza normal, y en última instancia la fuerza de fricción, se determina utilizando análisis de vectores, por lo general a través de un diagrama de cuerpo libre. Dependiendo de la situación, el cálculo de la fuerza normal puede incluir otras fuerzas de la gravedad.
Coeficiente de fricción
El coeficiente de fricción, a menudo simbolizado por la letra griega, es un valor escalar adimensional que describe la relación de la fuerza de fricción entre dos cuerpos y la fuerza de presión juntos. El coeficiente de fricción depende de los materiales utilizados, por ejemplo, de hielo sobre el acero tiene un bajo coeficiente de fricción, mientras que el caucho en el pavimento tiene un alto coeficiente de fricción. Los coeficientes de fricción gama de casi cero a más de uno. Bajo buenas condiciones, por ejemplo, un neumático en concreto puede tener un coeficiente de fricción de 1,7.Para las superficies en reposo respecto a la otra, donde es el coeficiente de fricción estática. Esto suele ser más grande que su homólogo cinético.
Para superficies en movimiento relativo, donde es el coeficiente de fricción cinética. La fricción de Coulomb es igual a, y la fuerza de fricción en cada superficie se ejerce en la dirección opuesta a su movimiento relativo a la otra superficie.
Fue Arthur-Jules Morin quien introdujo el término y demostró la utilidad del coeficiente de fricción. El coeficiente de fricción es una medición empírica - que tiene que ser medido experimentalmente, y no puede ser encontrado a través de cálculos. Superficies más rugosas tienden a tener valores efectivos superiores. Ambos coeficientes estáticos y cinéticos de fricción dependen del par de superficies en contacto; para un par dado de superficies, el coeficiente de fricción estática es generalmente más grande que la de fricción cinética; en algunos conjuntos de los dos coeficientes son iguales, tal como teflón en teflón.
Mayoría de los materiales secos en combinación tienen valores de coeficiente de fricción entre 0,3 y 0,6 - Los valores fuera de este rango son más raros, pero teflón, por ejemplo, pueden tener un coeficiente tan bajo como 0.04 - Un valor de cero significa no hay fricción en absoluto, una propiedad difícil de alcanzar - incluso los vehículos de levitación magnética tienen resistencia. Goma en contacto con otras superficies puede producir coeficientes de fricción 1-2 - De vez en cuando se sostiene que siempre es <1 1.="" 1="" a="" acr="" aplicaciones="" caucho="" cierto.="" coeficiente="" de="" deslizar="" ejemplo="" el="" en="" es="" esto="" fricci="" fuerza="" grande="" implica="" la="" largo="" las="" lico="" lo="" m="" mayor="" mientras="" n="" no="" normal="" o="" objeto.="" objeto="" p="" para="" pero="" pertinentes="" por="" puede="" que="" recubiertas="" requerida="" s="" ser="" silicona="" simplemente="" superficie="" superficies="" superior="" sustancialmente="" tienen="" un="" valor=""> Aunque a menudo se dice que el COF es un "bienes materiales" es mejor categorizada como "propiedad del sistema." A diferencia de verdaderas propiedades del material, el COF para cualquiera de los dos materiales depende de las variables del sistema tales como la temperatura, la velocidad, la atmósfera y también lo están ahora popularmente se describe como el envejecimiento y deaging veces; así como en las propiedades geométricas de la interfaz entre los materiales. Por ejemplo, un pasador de cobre deslizante contra una placa de cobre de espesor puede tener un COF que varía de 0,6 a bajas velocidades por debajo de 0,2 a altas velocidades cuando la superficie de cobre comienza a fundirse debido al calentamiento por fricción. La velocidad de este último, por supuesto, no determina la COF única, y si el diámetro del pasador se aumenta de modo que el calentamiento por fricción se elimina rápidamente, la temperatura desciende, el pasador permanece sólido y el COF se eleva a la de una prueba de "velocidad baja" .
Coeficiente negativo de fricción
A partir de 2012, un único estudio ha demostrado el potencial para un coeficiente negativo de la fricción, lo que significa que una disminución de la fuerza conduce a un aumento de la fricción. Esto contradice la experiencia de todos los días que un aumento de la fuerza normal, mejora la fricción. Así lo informó en la revista Nature en octubre de 2012 e implicó la fricción encontrada por un microscopio de fuerza atómica stylus cuando se arrastran a través de una hoja de grafeno en presencia de oxígeno en el grafeno adsorbido.
Coeficientes aproximados de fricción
Un AlMgB14-TiB2 compuesto tiene un coeficiente de fricción aproximada de 0,02 en lubricantes a base de agua-glicol, 0,04-0,05 y cuando se seca. Bajo ciertas condiciones, algunos materiales tienen coeficientes de fricción aún más bajos. Un ejemplo es el grafito, que puede tener un coeficiente de fricción por debajo de 0,01. Este régimen ultra-fricción se llama superlubricity.
La fricción estática
La fricción estática es la fricción entre dos o más objetos sólidos que no se mueven uno respecto al otro. Por ejemplo, la fricción estática puede evitar que un objeto de deslizarse por una superficie inclinada. El coeficiente de fricción estática, por lo general denotado como s, es por lo general más alto que el coeficiente de fricción cinética.La fuerza de fricción estática debe ser superada por una fuerza aplicada antes de que un objeto se puede mover. La fuerza de fricción máxima posible entre dos superficies de deslizamiento antes de que comience es el producto del coeficiente de fricción estática y la fuerza normal:. Cuando no hay ocurra deslizamiento, la fuerza de fricción puede tener cualquier valor desde cero hasta. Cualquier fuerza más pequeña de intentar deslizar una superficie sobre la otra se opone por una fuerza de fricción de igual magnitud y dirección opuesta. Cualquier fuerza más grande que supera la fuerza de fricción estática y deslizante provoca que se produzca. El deslizamiento instantánea se produce, la fricción estática ya no es aplicable-la fricción entre las dos superficies se llama entonces fricción cinética.
Un ejemplo de fricción estática es la fuerza que evita que una rueda de coche se deslice a medida que rueda sobre el suelo. A pesar de que la rueda está en movimiento, el parche del neumático en contacto con el suelo es inmóvil en relación con el suelo, por lo que es estática en lugar de fricción cinética.
El valor máximo de fricción estática, cuando el movimiento es inminente, se refiere a veces como limitantes de la fricción, aunque este término no se utiliza universalmente. También se conoce como la tracción.
Fricción cinética
Fricción cinética se produce cuando dos objetos se mueven uno respecto al otro y frotar juntos. El coeficiente de fricción cinética es típicamente denota como k, y es por lo general menor que el coeficiente de fricción estática de los mismos materiales. Sin embargo, los comentarios de Richard Feynman que "con metales secos es muy difícil mostrar alguna diferencia."Los nuevos modelos están empezando a mostrar cómo la fricción cinética puede ser mayor que la fricción estática. Fricción cinética se entiende ahora, en muchos casos, que es causada principalmente por la unión química entre las superficies, en lugar de asperezas de enclavamiento, sin embargo, en muchos otros casos efectos de rugosidad son dominantes, por ejemplo, en goma de fricción de la carretera. Rugosidad de la superficie y el área de contacto, sin embargo, no afectan a la fricción cinética para micro-y nano-escala de los objetos que las fuerzas de superficie dominan las fuerzas de inercia.
Ángulo de fricción
Para obtener el máximo ángulo de fricción estática entre los materiales granulares, véase el ángulo de reposo.Para ciertas aplicaciones, es más útil para definir la fricción estática en términos del ángulo máximo antes de que uno de los elementos comenzará deslizante. Esto se conoce como el ángulo de fricción o ángulo de fricción. Se define como:
donde? es el ángulo de la vertical y s es el coeficiente de fricción estática entre los objetos. Esta fórmula también se puede utilizar para calcular s a partir de mediciones empíricas del ángulo de fricción.
La fricción en el nivel atómico
La determinación de las fuerzas necesarias para mover átomos más allá de nosotros es un reto en el diseño de nanomáquinas. En 2008 los científicos por primera vez fueron capaces de mover un solo átomo sobre una superficie y medir las fuerzas necesarias. Uso de ultra alto vacío y temperatura casi de cero, se utilizó un microscopio de fuerza atómica modificado para arrastrar un átomo de cobalto, y una molécula de monóxido de carbono, a través de superficies de cobre y platino.FUENTE: http://centrodeartigos.com/articulos-informativos/article_64481.html
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