UNIVERSIDAD FERMIN TOROFACULTAD DE INGENIERIACABUDDARE – EDO. LARA

ALUMNO:ROBERTH TAMPOA

Fuerzas de Roce Seco

La importancia del rozamiento o fricción en la ingeniería mecánica viene dada por su aparición deseada en algunos casos y poco deseada en otros casos, en los cuales se le agrega un abrasivo en el primer caso y un lubricante en el segundo, para aumentar el coeficiente de roce o disminuirlo, respectivamente.

El coeficiente de roce es en la mayoría de los caso el que permite la transmisión del movimiento, como lo es en las poleas a través de las bandas o correas, entre los engranes, pero su vez es un problema ya que es el causante de los desgastes de las superficies en contacto.

El rozamiento o fricción, es un concepto físico derivado de la interacción de dos cuerpos íntimamente unidos por una fuerza P perpendicular a la superficie de contacto. Este rozamiento está representado por la fuerza F paralela a la superficie de contacto, que hay que aplicar a uno de los cuerpos para que se mueva deslizándose sobre el otro.

El estado "ideal" de rozamiento "seco" solo se consigue en ciertas condiciones muy especiales, ya que en la mayoría de los casos, entre los cuerpos existe algún otro elemento interactuante, como suciedad, polvo, algún fluido pelicular etc., que aparta el proceso de esta idealización. No obstante para la mayoría de las aplicaciones basta con que los cuerpos estén naturalmente secos y limpios para considerar que cumplen estas condiciones.

La magnitud de la fuerza F⃗ resulta una fracción de la fuerzaN⃗ y su valor es mas grande a medida que aumenta el valor de la carga de unión N⃗ , pero además, depende de otros  factores adicionales que intervienen en el proceso, todos estos factores adicionales involucrados, están representados por un número conocido como coeficiente de rozamiento, de manera que matemáticamente la relación puede escribirse como:

F r≤ μN

Donde µes el coeficiente de rozamiento o fricción.Algunos factoresque influyen en el valor de µ.

Naturaleza de los cuerpos

Debido a factores de origen complejo, alguno de los cuales no son bien conocidos, el coeficiente de fricción resultante para la interacción entre dos cuerpos, a igualdad del resto de las condiciones, depende de la naturaleza y de la constitución de los cuerpos. Así por ejemplo; este coeficiente es diferente para el roce entre acero templado y acero templado que para acero templado y acero blando, o entre acero templado e hierro fundido etc.

Existen en la práctica ciertas tablas ya elaboradas donde se definen estos valores promedio para ciertas uniones utilizadas en la maquinaria en general.

Acabado superficial

¿Quién ejerce esa fuerza de rozamiento? ¿Cómo se materializa?Si observáramos las dos superficies que están en contacto con

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

Esta especie de encastre genera diminutas fuerzas de contacto (entre picos y valles) que todas sumadas se pueden representar por una única fuerza: la fuerza de rozamiento.

La rugosidad de las superficies en contacto tiene una marcada influencia sobre el coeficiente de rozamiento.

Los surcos, que provocan la rugosidad, de las superficies en contacto, pueden ser de pequeño tamaño y no ser observados a simple vista para los mecanizados de terminación fina, pero pueden ser incluso visibles en los procesos de producción bastos.

Es evidente, que a medida que el acabado superficial sea peor, (surcos mas grandes), el encajamiento de los picos de una superficie con los valles de la otra producen un notable aumento de la fuerza necesaria para producir el movimiento relativo de ambas y con ello el incremento del coeficiente de fricción resultante de la unión

En la figura anterior, nótese que  físicamente el contacto de ambas se produce solo en algunos puntos, esta situación hace que la fuerza N⃗ esté aplicada solo a una pequeña área. Con la reducción del área, la presión resultante en los puntos de contacto puede ser muy elevada y producir efectos secundarios con gran influencia en el coeficiente de fricción como pueden ser: micro-soldadura resultante de la elevada temperatura generada durante el movimiento, interacción molecular, generación de partículas por desgarradura y otros.

Presencia de otro elemento en la unión

Para la disminución del coeficiente de fricción, lo más común es encontrar en la unión el uso de un fluido líquido, este fluido recibe el nombre de lubricante y el rozamiento se conoce como rozamiento húmedo o lubricado, en otros casos, se introducen cuerpos sólidos esféricos y duros que facilitan en gran grado el movimiento mutuo lo que se conoce como rozamiento por rodadura.En algunos casos lo que se necesita es aumentar el coeficiente de fricción para reducir o impedir el deslizamiento mutuo, en estos casos se acude a partículas agudas y duras que se se oponen al movimiento al incrustarse en las superficies debido a la carga P. En este caso se está

interesado en el rozamiento seco, cuando no se encuentra alguna sustancia o elemento entre las superficies en contacto.

Estado del movimiento relativo de los cuerpos

Hay una notable diferencia entre el coeficiente de rozamiento resultante en una unión antes y después de iniciado el movimiento relativo.

Existen dos tipos de coeficiente de roce, el estático “μs”y el coeficiente de roce cinético “μk”. El primero se utiliza cuando el cuerpo se encuentra en reposo respecto a la superficie en contacto y el segundo cuando se encuentra en movimiento respecto a esta superficie, de allí los nombres estático y cinético.

Además si F⃗ es la fuerza paralela a la superficie en contacto y en sentido contrario al posible movimiento, donde F⃗ es la fuerza necesaria para impedir el movimiento del cuerpo en reposo y N⃗ es la fuerza normal, se tiene que la fuerza de roce es:

F r={ F ;si F<μsNμs N ;si elmovimiento esinminente

μk N; siF<μsN

Donde se entiende el movimiento inminente, cuando el cuerpo está a punto de romper el equilibrio (iniciar el movimiento).

En todos los casos el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el dinámico o cinético.

μs ¿ μk

Como las fuerzas de contacto entre dos superficies tienen dos componentes, una paralela a la superficie (fuerza de roce F r) y otra perpendicular a la misma (fuerza normal N⃗), entonces la fuerza de

Cuerpo en movimiento inminente o movimiento hacia la derecha

contacto está relacionada con la fuerza de roce y la normal mediante, el siguiente triángulo de fuerzas:

De aquí se tiene que:

tanθ=FrN⇒F r=tanθ·N

Por tanto, si el cuerpo está en movimiento o en movimiento inminente:

μ=tanθ=F rN: coeficientederoce estático o cinético

Donde θ, es el ángulo que la fuerza de contacto forma con la recta normal a la superficie.

Algunos coeficientes de roce seco:

MATERIAL μS

Madera sobre madera 0.7

Acero sobre acero 0.15

Metal sobre cuero 0.6

Madera sobre cuero 0.5

Caucho sobre concreto, seco 0.9

Un ejemplo de la importancia de las fuerzas de roce

Fuerzas de roce que intervienen en una rueda

Se pueden dividir en tres: 

La fuerza de tracción es producida por el motor y genera el movimiento.1. Las fuerzas de guiado lateral, responsables de conservar la direccionabilidad del vehículo (es una fuerza de roce).2. La fuerza de adherencia (es una fuerza de roce) depende del peso que recae sobre la rueda.3. La fuerza de frenado(es una fuerza de roce), que actúa en dirección contraria al movimiento de la rueda. Depende de la fuerza de adherencia y del coeficiente de rozamiento entre la calzada y la rueda.

F10°

A xy

La propiedad de la calzada, que se refiere a que sea más o menos resbaladiza, se denomina "coeficiente de rozamiento". Un valor alto indica una calzada con una superficie rugosa y poco resbaladiza, mientras que un valor bajo es sinónimo de resbaladiza.

El coeficiente de rozamiento repercute en la fuerza de frenado y en la distancia de frenado. Un ejemplo es la diferencia de frenar en asfalto seco o mojado.

Además, un coeficiente de rozamiento bajo facilita que la rueda se bloquee en una frenada, en hielo o nieve, por ejemplo. Esto provocaría que la rueda bloqueada patine sobre la calzada, produciéndose el resbalamiento. El resbalamiento (deslizamiento) varía en una escala del 0 al 100%, siendo el 0% cuando la rueda gira libre y el 100% si está totalmente bloqueada.

EJERCICIO:Determine la Fuerza necesaria para subir el Bloque A con velocidad constante si el

peso del mismo es wA=200N y μs=0,25; Desprecie el Peso de la cuña B, (sugerencia

haga diagrama de cuerpo libre y aplique ecuaciones).

∅ s= tan−1 μs=tan

−10,25

∅ s=11,31 º

F

Masa AWA

R1R2

R3

Diagramas de cuerpo libre

R232,62

68,69

180º-32,62º-68,69º = 78,69º

90º-21,31º = 68,69º

78,69

21,31

57,38

90º-21,31º - 11,31º = 57,38º

101,31º

180º-21,31º-57,38º = 101,31º

Masa B

Por la ley del Seno:

Del triángulo de fuerza de la masa B:

R2sen78,69

= Fsen 32,62

R2=F

sen32,62sen78,69 [1]

Del triángulo de fuerza de la masa A:

R2sen101,31

=W A

sen57,38

R2=W A

sen57,38sen101,31[2]

De [1] y [2]:

Fsen32,62

sen78,69=W A

sen57,38sen101,31

F=W A · sen101,31sen57,38

· sen32,62sen78,69

F=200N·sen101,31sen57,38

· sen32,62sen78,69

F=128,004N