Fricción es la fuerza

a fricción es la fuerza de resistencia al movimiento relativo de las superficies sólidas, las capas de fluido, y elementos materiales deslizantes el uno contra el otro. Hay varios tipos de fricción:

• Fricción en seco resiste el movimiento lateral relativo de dos superficies sólidas en contacto. Fricción seca se subdivide en fricción estática entre las superficies que no se mueven, y la fricción cinética entre superficies móviles.

• La fricción del fluido describe la fricción entre las capas dentro de un fluido viscoso que se mueven uno respecto al otro.

• Fricción lubricada es un caso de la fricción del fluido en un fluido separa dos superficies sólidas.

• Fricción de la piel es un componente de fricción, la fuerza de resistencia al movimiento de un cuerpo sólido a través de un fluido.

• La fricción interna es la resistencia a la fuerza de movimiento entre los elementos que componen un material sólido, mientras que se somete a deformación.

Cuando las superficies en contacto se mueven uno respecto al otro, la fricción entre las dos superficies convierte la energía cinética en calor. Esta propiedad puede tener consecuencias dramáticas, como se ilustra por el uso de la fricción creada por el roce de piezas de madera para iniciar un incendio. La energía cinética se convierte en calor cuando el movimiento con la fricción se produce, por ejemplo, cuando se agita un fluido viscoso. Otra consecuencia importante de muchos tipos de fricción puede ser desgaste, lo que puede conducir a la degradación del rendimiento y/o daños a los componentes. La fricción es un componente de la ciencia de la tribología.

La fricción no es en sí misma una fuerza fundamental sino que surge de las fuerzas electromagnéticas fundamentales entre las partículas cargadas que constituyen las dos superficies en contacto. La complejidad de estas interacciones hace que el cálculo de la fricción de los primeros principios imposible y requiere el uso de métodos empíricos para el análisis y el desarrollo de la teoría.

Historia

Las reglas clásicas de la fricción de deslizamiento fueron descubiertas por Leonardo da Vinci, pero permanecieron inéditos en sus cuadernos. Fueron redescubiertas por Amontons Guillaume. Amontons presentan la naturaleza de fricción en términos de irregularidades de la superficie y la fuerza necesaria para elevar el peso presionando las superficies juntas. Este punto de vista se desarrolló más ampliamente Belidor y Leonhard Euler quien deriva el ángulo de reposo de un peso en un plano inclinado y la primera distingue entre la fricción estática y cinética. Una explicación diferente fue proporcionada por Désaguliers, que demostraron las fuerzas de cohesión fuertes entre las esferas principales de las cuales una pequeña tapa se corta y que luego se ponen en contacto entre sí.

La comprensión de la fricción fue desarrollado por Charles-Augustin de Coulomb. Coulomb investigó la influencia de cuatro factores principales de fricción: la naturaleza de los materiales en contacto y sus recubrimientos superficiales; la extensión de la superficie del producto; la presión normal, y la longitud de tiempo que las superficies se mantuvieron en contacto. Coulomb considera aún más la influencia de la velocidad de deslizamiento, la temperatura y la humedad, con el fin de decidir entre las diferentes explicaciones sobre la naturaleza de la fricción que se habían propuesto. La distinción entre la fricción estática y dinámica se hace en la ley de fricción de Coulomb, aunque esta distinción ya ha sido dibujado por Johann Andreas von Segner en 1758. El efecto del tiempo de reposo se explica por Musschenbroek teniendo en cuenta las superficies de materiales fibrosos, con fibras que engranan juntos, que tiene un tiempo finito en el que la fricción aumenta.

John Leslie señaló una debilidad en las opiniones de Amontons y Coulomb. Si la fricción surge de un peso que está elaborando el plano inclinado de asperezas sucesivas, ¿por qué no se equilibra entonces a través de descender por la ladera opuesta? Leslie era igualmente escépticos sobre el papel de la adhesión propuesta por Désaguliers, que debe, en general, tienen la misma tendencia a acelerar como para retardar el movimiento. En su opinión, la fricción debe ser visto como un proceso dependiente del tiempo de aplanamiento, presionando asperezas, lo que crea nuevos obstáculos en lo que eran las caries antes.

Arthur Morrin desarrolló el concepto de deslizamiento frente a la fricción de rodadura. Osborne Reynolds deriva la ecuación de flujo viscoso. Esto completó el modelo empírico clásico de fricción comúnmente utilizado en la actualidad en la ingeniería.

El foco de la investigación durante el último siglo ha sido el de comprender los mecanismos físicos detrás de fricción. F. Phillip Bowden y David Tabor mostraron que a nivel microscópico, el área real de contacto entre las superficies es una fracción muy pequeña de la zona aparente. Esta área real de contacto, causado por "asperezas" aumenta con la presión, lo que explica la proporcionalidad entre la fuerza normal y la fuerza de fricción. El desarrollo del microscopio de fuerza atómica ha permitido recientemente a los científicos estudiar la fricción en la escala atómica.

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 fricción de Coulomb puede tomar cualquier valor desde cero hasta, y la dirección de la fuerza de fricción

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