¿Por qué hay rozamiento?

Cuando lanzas un objeto por una superficie horizontal, lo que observas es que cada vez su velocidad es menor, hasta que llega a detenerse.

Por tanto, lleva una aceleración negativa, contraria al sentido del movimiento, lo que hace que su velocidad disminuya hasta anularse, y el móvil se para.

Si las caras del objeto están pulimentadas y la superficie sobre la que se desliza también (¡la pastilla de hockey en la pista de hielo!) se mueve durante mucho más tiempo y recorre más espacio hasta pararse.

¿Qué fuerza produce esa aceleración de frenado? Se llama fuerza de rozamiento, se opone al movimiento y se debe a la rugosidad de las dos superficies, que provoca que el deslizamiento de una sobre otra quede dificultado.

En las tres simulaciones siguientes puedes observar la diferencia entre dos superficies con mucho rozamiento, con poco rozamiento y sin rozamiento.

Características de las fuerzas de rozamiento

Las fuerzas de rozamiento actúan siempre en sentido contrario al de la velocidad con que se mueve el objeto, pero esto no quiere decir que un cuerpo en reposo no las sufran, sino que no se manifiestan hasta que alguna fuerza provoque el movimiento.

Al realizar un estudio experimental de una fuerza de rozamiento, se encuentran las siguientes características:

• Toda fuerza de rozamiento tiene la dirección de la superficie de contacto y sentido contrario al movimiento.
• El valor de su módulo toma valores desde cero hasta un valor máximo, que coincide con la fuerza mínima para iniciar el movimiento.
• Una vez ha comenzado el movimiento, el valor del módulo disminuye hasta un valor determinado que permanece constante mientras el cuerpo siga moviéndose.
• La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto entre superficies.
• La fuerza de rozamiento es perpendicular a la fuerza Normal.

De estos resultados podemos deducir la existencia de una constante de proporcionalidad entre fuerza de rozamiento y la Normal, que denominaremos coeficiente de rozamiento y representaremos por la letra griega μ. Además, existen dos tipos de fuerza de rozamiento:

• Fuerza de rozamiento estático, que actúa sobre los cuerpos en reposo, caracterizada por el coeficiente de rozamiento estático μ_es.
• Fuerza de rozamiento dinámico, que actúa sobre los cuerpos en movimiento, caracterizada por el coeficiente de rozamiento dinámico μ_di.

Rozamiento estático y rozamiento dinámico

Fíjate en la imagen, en la que se representa lo que sucede cuando se empuja un bloque que se pretende poner en movimiento para trasladarlo.

En la dirección vertical actúan el peso, realizado por la Tierra, y la normal, que realiza la superficie de apoyo. Como son iguales y de sentido contrario, el objeto no experimenta cambio de velocidad vertical y sigue en contacto con la superficie.

En la primera viñeta, el hombre empuja con una fuerza F, pero el bloque no se mueve porque hay una fuerza de rozamiento R igual y de sentido contrario, por lo que la aceleración es nula y no hay cambio de velocidad.

En la segunda, empuja con una fuerza mayor, con lo que aumenta el rozamiento pero la aceleración sigue siendo nula, ya que el bloque continúa sin moverse.

En la tercera todavía son mayores la fuerza de empuje y el rozamiento, pero el bloque sigue sin moverse.

Finalmente, en la cuarta viñeta el bloque comienza a moverse. Pero en ese momento disminuye la fuerza de rozamiento, con lo que la fuerza motriz para mantener el movimiento a velocidad constante es menor.

Es decir, es más difícil poner el bloque en movimiento que mantener el movimiento una vez que ya ha comenzado: el rozamiento estático es mayor que el dinámico.

El valor de la fuerza de rozamiento depende del valor de la fuerza normal que la superficie ejerce sobre el cuerpo; si la superficie es horizontal tiene una magnitud igual al peso del objeto, pero ya verás más adelante lo que sucede en planos inclinados.

Observa el vídeo siguiente: al tirar del dinamómetro el objeto se pone en movimiento cuando la fuerza con la que se tira es igual a la fuerza de rozamiento estático (de 0,8 N).