Fuerza de roce - Rozamiento - Fricción - Viscosidad

Acabamos de introducir un comentario en el que solicitan algo sobre estos temas. Y aquí vamos.
Pero es útil que recordemos antes uno de los principios establecidos por Newton: "Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, recibe de éste otra fuerza de igual magnitud pero de contrario". Es decir que a una acción se opone siempre una reacción, igual y opuesta.

Un sabio profesor de la Universidad de La Plata nos hacía mirar dos superficies en contacto. Y nos preguntaba si eran lo suficientemente lisas para que entre ellas no hubiera asperezas. Si le respondíamos que sí, nos pedía que hiciésemos de cuenta que nuestra visión se hacía 10 veces más potente, como una lupa de 10 X (10 aumentos). Si todavía las veíamos lisas, entonces que aumentáramos a 100 X.

Por supuesto que nuestra fértil imaginación juvenil nos permitía llegar a un punto en el que ambas superficies eran realmente rugosas.

"Entonces" - decía - "las irregularidades de una calzan en las de la otra, trabándose mutuamente".

La consecuencia era que para iniciar un deslizamiento de una sobre la otra había que romper esas trabas. Y éso era lo que se llamaba "coeficiente de roce estático". Pero una vez que se estaban moviendo relativamente entonces era más sencillo realizar el deslizamiento ya que había una inercia que nos ayudaba, por lo que la dificultad era menor y correspondía a otro valor llamado "coeficiente de roce dinámico".

Tanto al comienzo del movimiento (estático) como durante esa traslación posterior (dinámico) hay entonces una fuerza que se opone al deslizamiento, y se la conoce como "fuerza de roce", mayor al comienzo y menor luego.

Pasa lo mismo entre sólidos y sólidos que entre sólidos y líquidos, entre líquidos y líquidos, entre líquidos y gases, etc., es decir, cuando el medio tiene una cierta "viscosidad".

Todo esto es "fricción", es decir, la respuesta de un material a dificultar el paso de otro sobre él o a través de él. Pero también ocurre cuando un cuerpo rueda sobre otro, y allí se conoce como "rodadura".

El rozamiento produce muchos efectos: desgaste del material, pérdida de energía en forma de calor, etc.
A veces tratamos de disminuirlo "lubricando" las superficies, pero otras veces buscamos aumentarlo, por ejemplo en los dispositivos destinados a frenar un movimiento (los frenos de tu automóvil).

Registra en tu mente, entonces, el primer concepto fundamental: las fuerzas de rozamiento o fricción siempre se oponen al movimiento.

Volvamos al tema de dos superficies sólidas, como podría ser una caja que quieres arrastrar sobre un piso.
El rozamiento será proporcional al peso (y por tanto, a la masa) del cuerpo que está por encima. En este caso, la caja. La proyección vertical de esa fuerza (perpendicular al plano de movimiento) es el valor que nos interesa. "Fuerza Normal" es sinónimo en Física de "Fuerza Perpendicular".

Si el movimiento es horizontal, la fuerza normal al plano (N) será la fuerza del peso del cuerpo. Si inclinamos el plano de apoyo, irá disminuyendo.

Entonces la fuerza de roce será proporcional a la normal, es decir, será igual a la normal multiplicada por una constante.

Esa constante se denomina "coeficiente de roce" (mu). Habrá dos para cada situación: el estático y el dinámico. Y nos quedará que Fr = mu . N para ambos casos aunque variando el coeficiente.

Por ejemplo, para deslizar acero sobre acero, el coeficiente estático será 0,74 en tanto que el dinámico valdrá 0,57. Es siempre un número sin unidades.

De la viscosidad, esto es, de líquidos y gases hablaremos en otra oportunidad.