La fricción (un acrónimo de las palabras estática y fricción ) [1] es la fuerza que debe superarse para permitir el movimiento relativo de objetos estacionarios en contacto. [2] Cualquier objeto sólido que se presione entre sí (pero que no se deslice) requerirá algún umbral de fuerza paralelo a la superficie de contacto para superar la adhesión estática. La fricción es un umbral , no una fuerza continua. Sin embargo, la fricción también podría ser una ilusión creada por la rotación de la fricción cinética . [3]
En situaciones en las que dos superficies con áreas por debajo de la escala micrométrica se acercan (como en un acelerómetro ), pueden adherirse entre sí. A esta escala, las fuerzas electrostáticas y/o de Van der Waals y de los enlaces de hidrógeno se vuelven significativas. El fenómeno de que dos superficies de este tipo se adhieran de esta manera también se denomina fricción. La fricción puede estar relacionada con enlaces de hidrógeno o contaminación residual.
La fricción es también el mismo umbral en el que un objeto rodante comenzaría a deslizarse sobre una superficie en lugar de rodar al ritmo esperado (y en el caso de una rueda, en la dirección esperada). En este caso, se llama "fricción de rodadura" o μr .
Por eso, en los cursos de formación de conductores se enseña que, si un coche empieza a deslizarse lateralmente, el conductor debe evitar frenar y, en cambio, intentar girar en la misma dirección del deslizamiento. Esto les da a las ruedas la oportunidad de recuperar el contacto estático al rodar, lo que le da al conductor algo de control nuevamente. De manera similar, al intentar acelerar rápidamente (particularmente desde parado), un conductor demasiado entusiasta puede "chirriar" las ruedas motrices, pero esta impresionante exhibición de ruido y humo es menos efectiva que mantener contacto estático con la carretera. Muchas técnicas de conducción acrobática (como el derrape ) se realizan rompiendo y/o recuperando deliberadamente esta fricción de rodadura.
Un automóvil sobre una superficie resbaladiza puede deslizarse mucho con poco control sobre la orientación si el conductor "bloquea" las ruedas en posiciones estacionarias presionando con fuerza los frenos. Los sistemas de frenos antibloqueo utilizan sensores de velocidad de las ruedas y sensores de velocidad del vehículo para determinar si alguna de las ruedas ha dejado de girar. Luego, el módulo ABS libera brevemente presión sobre cualquier rueda que esté girando demasiado lento para no deslizarse, para permitir que la superficie de la carretera comience a girar libremente la rueda nuevamente. Los frenos antibloqueo pueden ser mucho más efectivos que el frenado por cadencia , que es esencialmente una técnica manual para hacer lo mismo.
La rigidez se refiere a la característica del movimiento de tipo arranque y parada de un conjunto mecánico. Considere un elemento mecánico que aumenta lentamente una fuerza externa sobre un conjunto en reposo que está diseñado para la rotación o deslizamiento relativo de sus partes en contacto. La fricción de contacto estático entre las piezas del conjunto resiste el movimiento, lo que hace que los momentos de resorte en el conjunto almacenen energía mecánica. Cualquier parte del conjunto que pueda doblarse elásticamente, incluso microscópicamente, y ejercer una fuerza de recuperación contribuye con un momento elástico. Por lo tanto, es posible que los "resortes" de un conjunto no sean evidentes a simple vista. La fuerza externa creciente finalmente excede la fuerza estática de resistencia a la fricción, los momentos del resorte, liberados, ejercen impulsivamente sus fuerzas restauradoras tanto sobre las partes móviles del conjunto como, según la Tercera Ley de Newton, en reacción sobre el elemento de fuerza externo. Las piezas del conjunto se aceleran entonces impulsivamente entre sí en movimiento, aunque resistidas por la fricción de contacto dinámica (en este contexto mucho menor que la fricción estática). Sin embargo, el elemento forzador no puede acelerar al mismo ritmo, no logra mantener el ritmo y pierde contacto. La fuerza externa sobre el conjunto móvil cae momentáneamente a cero por falta de contacto mecánico forzado, aunque el elemento de fuerza externa continúa su movimiento. A continuación, la parte móvil desacelera hasta detenerse debido a la fricción de contacto dinámica. El ciclo se repite a medida que el movimiento del elemento de fuerza alcanza el contacto nuevamente. Stick, almacenar energía de resorte, liberar impulsivamente energía de resorte, acelerar, desacelerar, detener, pegar. Repetir.
La fricción es un problema para el diseño y la ciencia de materiales de muchos eslabones móviles. Este es particularmente el caso de juntas deslizantes lineales, en lugar de pivotes giratorios. Debido a la geometría simple, la distancia de movimiento de una junta deslizante en dos varillajes comparables es mayor que el recorrido circunferencial de un cojinete pivotante, por lo que las fuerzas involucradas (para un trabajo equivalente ) son menores y las fuerzas de fricción se vuelven proporcionalmente más significativas. Este problema a menudo ha llevado a que los vínculos se rediseñen de estructuras deslizantes a estructuras puramente pivotantes, solo para evitar problemas de fricción. Un ejemplo es el puntal Chapman , un varillaje de suspensión . [4]
Durante el micromecanizado de la superficie, se produce fricción o adhesión entre el sustrato (normalmente a base de silicio ) y la microestructura durante el grabado isotrópico en húmedo de la capa de sacrificio. Las fuerzas capilares debidas a la tensión superficial del líquido entre la microestructura y el sustrato durante el secado del decapante húmedo hacen que las dos superficies se adhieran entre sí. Separar las dos superficies suele ser complicado debido a la naturaleza frágil de la microestructura. La fricción a menudo se evita mediante el uso de un proceso de secado con fluido sublimante (a menudo CO2 supercrítico , que tiene una tensión superficial extremadamente baja) en el que se evita la fase líquida. El CO 2 desplaza el líquido de lavado y se calienta más allá del punto supercrítico. A medida que la presión de la cámara se libera lentamente, el CO 2 se sublima, evitando así la fricción.