28 may 2020

[A345] Fuerza de Rozamiento a nivel microscópico (I)

Las personas que empujan un objeto en [A340] no hacen mímica, ya que sus rostros se ponen “colorados” por el esfuerzo, lo que nos permite interpretar o imaginar la fuerza que están haciendo. Pero nos faltan respuestas:

Responder antes de continuar: ¿Quién ejerce la fuerza de rozamiento? ¿Cómo se materializa?

Si observáramos las dos superficies que están en contacto con algún instrumento que las amplíe (digamos unas 100 a 1.000 veces) veremos que por más lisas que nos parezcan a simple vista, en realidad poseen hendiduras y salientes, y que ambas superficies terminan como "encastrándose".


Esto se puede fotografiar con cámaras especiales para poder observar la diferencia entre una imagen aumentada y la misma a simple vista, como en el caso de la superficie de acero inoxidable pulido siguiente.


Debido a la acción de una fuerza externa, al producirse el encastre que mencionamos, se generan unas fuerzas diminutas de contacto (microfuerzas) entre picos y valles. La sumatoria de todas las componentes de esas microfuerzas que se oponen al deslizamiento entre los cuerpos (o sea que tienen sentido inverso a la fuerza externa), se pueden representar por una única fuerza: la fuerza de rozamiento.

La fuerza de rozamiento se materializa como sumatoria de un sinnúmero de microfuerzas que ocurren a nivel microscópico y se oponen a la fuerza externa que intenta provocar el desplazamiento relativo entre dos cuerpos.

La fricción se debe a las irregularidades de las superficies que están en contacto, y depende de los materiales y de la presión que se hacen mutuamente.
Aunque las superficies parezcan muy lisas tienen irregularidades microscópicas que entorpecen el movimiento. Los átomos se adhieren entre sí en muchos puntos de contacto. Cuando un objeto se desliza contra otro debe subir sobre los picos de las irregularidades, o se deben desprender átomos por la fricción. En cualquiera de los casos se requiere una fuerza (Hewitt, 2007).

Debemos tener cuidado con la interpretación de la ecuación para calcular el rozamiento dinámico, ya que se trata de la aproximación de un fenómeno mucho más complejo a nivel microscópico. Si pretendemos deslizar una caja sobre una superficie, por un lado se forman y por otro lado se rompen los enlaces entre ambas superficies, variando su número, por esta razón la fuerza de fricción cinética no es perfectamente constante (Sears, Zemansky, 2009). Esto nos permite volver a la figura vista en [A341] e interpretar la irregularidad de la gráfica en el período dinámicoLos mismos autores expresan que dos superficies pulidas del mismo metal podrían aumentar la fricción entre ellos, ya que más moléculas podrían interactuar y enlazarse, provocando una ‘soldadura fría’. Por esta razón en los motores se lubrican las superficies para evitar que entren en contacto.

Fuentes:
Hewit (2007). Física conceptual. Ed. 10°.
Hincapié Martínez (2011). Predicción, Experimentación y Simulación en la Enseñanza de la Fuerza de Rozamiento. Universidad de Colombia. Pág. 15.
Sears y  Zemansky (2009). Física Universitaria Vol. 1. México.
Imagen1. Imagen2.

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