Coeficiente de rozamiento

El coeficiente de rozamiento o coeficiente de fricción expresa la oposición al movimiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional. Usualmente se representa con la letra griega μ (mu).

El valor del coeficiente de rozamiento es característico de cada par de materiales en contacto; no es una propiedad intrínseca de un material. Depende además de muchos factores como la temperatura, el acabado de las superficies, la velocidad relativa entre las superficies, etc. La naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las interacciones de las partículas microscópicas de las dos superficies implicadas.

Rozamiento estático y rozamiento dinámico

La mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Cuando dos superficies son puestas en contacto, el movimiento de una respecto a la otra genera fuerzas tangenciales llamadas fuerzas de fricción, las cuales tienen sentido contrario al movimiento, la magnitud de esta fuerza depende del coeficiente de rozamiento dinámico.

Existe otra forma de rozamiento relacionada con el anterior, en que dos superficies rígidas en reposo no se desplazan una respecto a la otra siempre y cuando la fuerza paralela al plano tangente sea suficientemente pequeña, en este caso el coeficiente relevante es el coeficiente de rozamiento estático. La condición para que no haya deslizamiento es que:

$\frac{F_\|}{F_\bot} \le \mu_e$

Donde:

$F_\|$, es la fuerza paralela al plano de tangencia que intenta deslizar las superficies.

$F_\bot$, es la fuerza normal o perpendicular al plano de tangencia que intenta deslizar las superficies.

$\mu_e\,$, es el coeficiente de rozamiento estático.

Para superficies deformables conviene plantear la relación anterior en términos de tensiones normal y tangencial en un punto, habrá deslizamiento relativo si en algún punto:

$\frac{| \tau |}{| \sigma |} = \frac{|\mathbf{n}\times \mathbf{T}(\mathbf{n})|}{|\mathbf{n}\cdot \mathbf{T}(\mathbf{n})|} \le \mu_e$

Donde:

$\mathbf{n}$ es el vector normal unitario al plano tangente de contacto entre superficies.

$\mathbf{T}(\cdot)$ es el tensor de tensiones en uno de los dos sólidos en contacto.

Ángulo de rozamiento

La arena adopta una forma de cono con la inclinación de su ángulo de rozamiento interno.

Al considerar el deslizamiento de un cuerpo sobre un plano inclinado, se observa que al variar la inclinación de dicho plano, el objeto inicia el movimiento al alcanzarse un ángulo de inclinación crítico. Esto es debido a que al aumentar la inclinación, se reduce paulatinamente la componente perpendicular del peso, la fuerza N, que es proporcional al coseno del ángulo de inclinación.

Esto es así independientemente del peso del cuerpo, ya que a mayor peso, aumentan tanto la fuerza que tira el objeto cuesta abajo, como la fuerza normal que genera rozamiento. De este modo, un coeficiente de rozamiento dado entre dos cuerpos equivale a un ángulo determinado, que se conoce como ángulo de rozamiento.

Ejemplo : Si tenemos un carro en una superficie muy inclinada, nos caemos y el carro resbalará por el pavimento o asfalto, provocando la fricción o el coeficiente de fricción:

$\tan \alpha = \mu_e\,$

Determinados materiales granulares, como la arena, la grava, los suelos y en general los graneles, tienen un determinado coeficiente de rozamiento entre los granos que los conforman. El ángulo asociado es precisamente el ángulo que formaría un montón estable de dicho material, por ello se conoce a esta propiedad como ángulo de rozamiento interno.

Véase también

• Ángulo de reposo
• Tribología
• Fricción
• Ley de Stokes
• Resistencia aerodinámica