Resistencia a la rodadura
La resistencia a la rodadura se presenta cuando un cuerpo rueda sobre una superficie, deformándose uno de ellos o ambos.
Como veremos, no tiene sentido alguno hablar de resistencia a la rodadura en el caso de un sólido rígido (indeformable) que rueda sobre una superficie rígida (indeformable).
Por un lado, a escala microscópica una rueda no presenta un alzado exactamente circular, y la superficie sobre la que rueda no constituye tampoco un perfil plano, puesto que en ambos casos existen irregularidades.
La rueda, en función del material con el que esté construida y su propio peso, además del de la carga que soporta, sufre una deformación que al rotar provoca repetidos ciclos de deformación y recuperación.
Estos ciclos propician la disipación de energía por calor.
Además, esta deformación supone que no apoye una línea únicamente sobre el piso, sino una superficie.
En efecto, la resistencia a la rodadura aparece cuando el cuerpo que rueda, o la superficie sobre la que rueda, o ambos a la vez, se deforman, aunque sólo sea ligeramente, a causa de las grandes presiones existentes en los puntos de contacto.
Consideremos, para comenzar, el caso ideal de un cuerpo indeformable (un cilindro o una rueda, por ejemplo) que puede rodar sobre una superficie plana también indeformable (Figura 2).
Si la superficie es horizontal, las fuerzas que actúan sobre el cilindro son: su peso
, se producirá la rodadura (siempre que exista suficiente rozamiento estático para evitar el deslizamiento).
En estas condiciones no tienen sentido hablar de resistencia a la rodadura.
En las situaciones reales, los cuerpos se deforman, por poco que sea.
El contacto no se realiza entonces a lo largo de una generatriz (como en el ejemplo anterior) sino a lo largo de una estrecha banda A′A″, como se muestra en la Figura 3.
Eso equivale a considerar desplazada la línea de acción de la reacción normal N una distancia que designaremos por μr, como se muestra en la Figura 3.
En las condiciones críticas, cuando comienza la rodadura, el par aplicado o de arranque será mayor que el par resistente, de modo que (3)
que nos da el valor de la fuerza mínima necesaria para el arranque.
y que la fuerza de tracción necesaria para el arranque es inversamente proporcional al radio del cilindro; esa es la ventaja de las ruedas grandes sobre las pequeñas.
En general, el coeficiente de rodadura tiene un valor muy inferior al de los coeficientes de rozamiento por deslizamiento (estático y cinético); así pues, es mucho más conveniente, al efecto de disminuir las pérdidas energéticas, sustituir en los mecanismos y máquinas los deslizamientos por las rodaduras; esa es la ventaja que aportó el invento de la rueda, la ventaja del carro sobre el trineo.
La ecuación (4) da la respuesta al problema de qué fuerza horizontal es la mínima necesaria para que una fuerza horizontal pueda empezar a mover una rueda o cilindro.
Otro problema relacionado con ése es si un determinado par aplicado por un eje motor sobre una rueda permitiría desplazar una cierta carga o si por el contrario la rueda patinaría ocasionando una situación de deslizamiento sin rodadura (tal como sucede por ejemplo cuando un automóvil trata de arrancar sobre hielo o sobre un suelo en el que existe un fluido lubricante).
