El fenómeno stick-slip , también conocido como fenómeno slip-stick o simplemente stick-slip , es un tipo de movimiento que exhiben objetos en contacto deslizándose uno sobre otro. El movimiento de estos objetos no suele ser perfectamente suave, sino más bien irregular, con breves aceleraciones (deslizamientos) interrumpidas por paradas (palos). El movimiento de adherencia-deslizamiento normalmente está relacionado con la fricción y puede generar vibraciones (ruido) o estar asociado con el desgaste mecánico de los objetos en movimiento y, por lo tanto, a menudo es indeseable en dispositivos mecánicos. [1] Por otro lado, el movimiento stick-slip puede ser útil en algunas situaciones, como el movimiento de un arco a través de una cuerda para crear tonos musicales en un instrumento de cuerda frotada . [2]
En el caso de adherencia-deslizamiento, suele haber un tipo de comportamiento irregular para la fuerza de fricción en función del tiempo, como se ilustra en la figura de fricción cinética estática. Inicialmente hay relativamente poco movimiento y la fuerza aumenta hasta que alcanza un valor crítico que se establece mediante la multiplicación del coeficiente de fricción estática y la carga aplicada ; la fuerza retardante aquí sigue las ideas estándar de fricción de las leyes de Amonton . Una vez que se excede esta fuerza, el movimiento comienza con una carga mucho menor que está determinada por el coeficiente de fricción cinética , que casi siempre es menor que el coeficiente estático. En ocasiones, el objeto en movimiento puede "atascarse", con aumentos locales de la fuerza antes de que comience a moverse nuevamente. Hay muchas causas para esto dependiendo de la escala de tamaño, desde atómicas hasta procesos que involucran millones de átomos. [3] [4]
Stick-slip se puede modelar como una masa acoplada por un resorte elástico a una fuerza impulsora constante (consulte el boceto del modelo). El sistema de accionamiento V aplica una fuerza constante, carga el resorte R y aumenta la fuerza de empuje contra la carga M. Esta fuerza aumenta hasta que se excede la fuerza retardadora del coeficiente de fricción estática entre la carga y el piso. Luego, la carga comienza a deslizarse y el coeficiente de fricción disminuye al valor correspondiente a la carga multiplicada por la fricción dinámica . Dado que esta fuerza de fricción será menor que el valor estático, la carga se acelera hasta que el resorte de descompresión ya no puede generar suficiente fuerza para superar la fricción dinámica y la carga deja de moverse. La fuerza de empuje debida al resorte se acumula nuevamente y el ciclo se repite. [1] [2]
El pegado-deslizamiento puede ser causado por muchos fenómenos diferentes, dependiendo de los tipos de superficies en contacto y también de la escala; ocurre con todo, desde el deslizamiento de las puntas de los microscopios de fuerza atómica hasta los grandes tribómetros . Para superficies rugosas, se sabe que las asperezas juegan un papel importante en la fricción . [5] El choque de asperezas en la superficie crea adherencias momentáneas. Para superficies secas con topografía microscópica regular, es posible que las dos superficies necesiten deslizarse con alta fricción durante ciertas distancias (para que las protuberancias se muevan una sobre la otra), hasta que se forme un contacto más suave y de menor fricción. En superficies lubricadas, el fluido lubricante puede sufrir transiciones de un estado sólido a un estado líquido bajo ciertas fuerzas, provocando una transición de adherencia a deslizamiento. [1] En superficies muy lisas, el comportamiento de adherencia-deslizamiento puede resultar de fonones acoplados (en la interfaz entre el sustrato y el control deslizante) que están fijados en un pozo de potencial ondulante, pegándose o deslizándose con fluctuaciones térmicas . [6] La adherencia-deslizamiento ocurre en todo tipo de materiales y en escalas de longitud enormemente variables. [7] La frecuencia de los deslizamientos depende de la fuerza aplicada a la carga deslizante, correspondiendo una mayor fuerza a una mayor frecuencia de deslizamiento. [8]
El movimiento de adherencia-deslizamiento es omnipresente en sistemas con componentes deslizantes, como frenos de disco , cojinetes , motores eléctricos, ruedas en carreteras o vías férreas y en juntas mecánicas . [9] También se ha observado adherencia-deslizamiento en el cartílago articular en condiciones de carga y deslizamiento leves, lo que podría provocar un desgaste abrasivo del cartílago. [10] Muchos sonidos familiares son causados por el movimiento de un palo y otro, como el chirrido de la tiza en una pizarra , el chirrido de las zapatillas de baloncesto en una cancha de baloncesto y el sonido de la langosta espinosa . [8] [11] [12]
El movimiento bastón-deslizamiento se utiliza para generar sonido en varios tipos de instrumentos musicales, sobre todo instrumentos de cuerda frotada, [2] pero también en un arpa de vidrio . [13]
La adherencia y el deslizamiento también se pueden observar a escala atómica utilizando un microscopio de fuerza de fricción . [14] El comportamiento de las fallas sísmicamente activas también se explica mediante un modelo de adherencia y deslizamiento, en el que los terremotos se generan durante los períodos de deslizamiento rápido. [15]