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MONOGRAFIAS TÉCNICAS
FUERZAS DE CONTATO

RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

 
CONCEPTO DE FUERZAS DE CONTACTO

El concepto de fuerzas de contacto es un concepto macroscópico. Las fuerzas de contacto son debidas a interacciones electromagnéticas y de corto alcance (que no tienen estrictamente ni carácter atractivo ni repulsivo).

Las leyes que satisfacen las fuerzas de contacto se obtienen estudiando el comportamiento de cada molécula por efecto de las interacciones que actúen sobre ella y efectuando después un promedio de todas las acciones. Estas leyes son por tanto empíricas.

REACCIÓN NORMAL Y RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

Siempre que la superficie de un cuerpo desliza sobre la de otro, cada cuerpo ejerce sobre el otro una fuerza de rozamiento paralela a las superficies. La fuerza sobre cada cuerpo es opuesta al sentido de su movimiento respecto al otro. Así, cuando un bloque desliza de izquierda a derecha a lo largo de una superficie de una mesa, se ejerce sobre el bloque un fuerza de rozamiento hacia la izquierda, y una fuerza igual actúa hacia la derecha sobre la mesa. Las fuerzas de rozamiento pueden ejercerse también cuando no hay movimiento relativo.

Las causa de estas fuerzas de rozamiento no está suficientemente aclarada. Se cree que es el producto de la combinación de algunos átomos de la periferia de los cuerpos que entran en contacto, produciendo una soldadura momentánea entre ellos. La fuerza necesaria para vencer estas uniones atómicas sería la fuerza de rozamiento. Empíricamente se sabe que es mayor la adhesión entre superficies de un mismo material. Hay una razón para explicar este hecho: en los puntos de contacto los átomos iguales encuentran una mayor facilidad para soldarse. En caso de que se trate de superficies sucias con impurezas de alguna otra sustancia, el rozamiento disminuye. El material que se interpone entre las dos superficies impide que se establezca un contacto directo entre los átomos. Las sustancia que atacan químicamente a por lo menos una de las dos superficies en contacto, reducen mejor aún el coeficiente de rozamiento. También la presencia de gases lo disminuye. Mejor aún es emplear moléculas de grandes dimensiones que pueden atacar químicamente alguna de las dos superficies. Así actúan los lubricantes, que pueden reaccionar moderadamente con el material que lubrican. Suelen estar formados por moléculas alargadas que cubren la superficie del sólido con una “vellosidad molecular”.

Según las anteriores consideraciones se observa que el cuerpo permanece en equilibrio siempre que se tenga:

    \( F \leq f·P \)

siendo f el coeficiente estático de rozamiento, que como se ha visto depende, entre otras causas de la pulimentación de las superficies en contacto, de la naturaleza de los cuerpos y de la lubricación que exista entre ellos.

A igualdad de carga P, influye también la extensión de las superficies de contacto. El valor de f crece con la presión unitaria p = P/S, donde S es la superficie de contacto entre los dos cuerpos.
El coeficiente de rozamiento también varía con la temperatura.
Existe pues, una fueraza que se opone a la fuerza F de deslizamiento, cuyo limite máximo es:

    \(R_t \leq f·P \)

Por otra parte, el peso P está equilibrado por la reacción Rn del plano de apoyo. Cuando se tiene:

    \(F = R_t = f·P \)

el equilibrio está a punto de romperse y se dice que es estricto. En esta condiciones, la resultante:

    \(R = R_t + R_n \)

llamada reacción total del plano de apoyo, forma un ángulo con la normal al plano, llamado ángulo de rozamiento, tal que:

    \(\displaystyle \tan \varphi = \frac{R_t}{R_n}= \frac{f·P}{P} = f \)

Si el cuerpo se mueve con movimiento uniforme y velocidad v, se verifica también que:

    \(F - R_t = F - f_cP = 0 \)

donde fc es el coeficiente de rozamiento cinético o coeficiente de rozamiento por deslizamiento. Para velocidades muy pequeñas, f aumenta algo, disminuyendo cuando v crece hasta hacerse sensiblemente igual al coeficiente f de rozamiento estático, pero para velocidades muy elevadas fc disminuye apreciablemente.

Monografía en 3 capítulos. Capítulo dos : Plano inclinado
 



tema escrito por: José Antonio Hervás