DIFERENCIAS Y SIMILITUDES ENTRE EL ROZAMIENTO DESLIZANTE Y EL ROZAMIENTO EN GIRO

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1 DIFERENCIAS Y SIMILITUDES ENTRE EL ROZAMIENTO DESLIZANTE Y EL ROZAMIENTO EN GIRO 1- Los coeficientes de rozamiento en giro suelen ser bastante más pequeños que los deslizantes y por lo tanto las fuerzas de rozamiento también lo serán. Un valor habitual del coeficiente de rozamiento en giro es Teóricamente el valor máximo del coeficiente de rozamiento en giro sería 1, aunque en la práctica se llegan a obtener valores superiores (por ejemplo los neumáticos de motos de competición en circuito GP pueden tener coeficientes de 1,2-1,3 en condiciones óptimas). También en la práctica los coeficientes de rozamiento deslizantes superan frecuentemente el valor de 1. El caucho suele mostrar frente a algunas superficies coeficientes de rozamiento deslizantes entre 1 y Tanto en el rozamiernto en giro como en el deslizante existen sustancias que aumentan los coeficientes de rozamiento y otras que los disminuyen. La explicación siempre se hace en base a lo que sucede microscópicamente entre las superficies que entran en contacto. 4- La fuerza de rozamiento deslizante en principio no depende del tamaño (área) de las superficies que entran en contacto. En cambio la fuerza de rozamiento en giro aumenta con el grosor (ancho) de las ruedas 5- La fuerza de rozamiento en giro disminuye al aumentar la presión de hinchado de las ruedas. 6- La máxima fuerza de rozamiento estática es mayor a la fuerza de rozamiento cinética. Tablas de valores de ejemplo de coeficientes de rozamiento por deslizamiento entre superficies de diferentes materiales Acero sobre acero 0.18 Acero sobre hielo (patines) Acero sobre hierro 0.19 Hielo sobre hielo Patines de madera sobre hielo y nieve Goma (neumático) sobre terreno firme Correa de cuero (seca) sobre metal 0.56 Bronce sobre bronce 0.2 Bronce sobre acero 0.18 Roble sobre roble en la dirección de la fibra 0.48 Fuente: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir Coeficientes de rozamiento estático y cinético entre diferentes superficies Cobre sobre acero Acero sobre acero Aluminio sobre acero Caucho sobre concreto Madera sobre madera Madera encerada sobre nieve húmeda Teflón sobre teflón Articulaciones sinoviales en humanos Fuente: Serway R. A.. Física. Editorial McGraw-Hill. (1992) Xavier Aguado Jódar 1

2 MATERIAL 1 MATERIAL 2 Coefficient Of Friction Dry Greasy Static Sliding Static Sliding Aluminum Aluminum Aluminum Mild Steel Cast Iron Cast Iron Cast Iron Oak Chromium Chromium Copper Copper Copper Mild Steel Diamond Diamond Diamond Metal Glass Glass Glass Metal Glass Nickel Nickel Nickel Nickel Mild Steel 0.64; Nylon Oak Nylon Oak (parallel grain) Oak Oak (cross grain) Platinum Platinum Plexiglas Plexiglas Plexiglas Steel Polystyrene Polystyrene Polystyrene Steel Polythene Steel Xavier Aguado Jódar 2

3 Rubber Asphalt (Dry) Rubber Asphalt (Wet) Rubber Concrete (Dry) Rubber Concrete (Wet) Saphire Saphire Silver Silver Sintered Bronze Steel Solids Rubber Steel Aluminium Bros 0.45 Steel Brass Steel(Mild) Brass Steel (Mild) Cast Iron Steel Cast Iron Steel Copper Lead Alloy Coeficientes de rozamiento en giro: Acero sobre acero: Madera sobre acero: Madera sobre madera: Hierro sobre hierro: Hierro sobre granito: Caucho sobre hormigón: Fuente: La explicación de la variación de los coeficientes siempre hay que buscarla en la microestructura del contacto entre las superficies enfrentadas: Xavier Aguado Jódar 3

4 En el rozamiento en giro entre una cubierta de neumático y el asfalto se pueden calcular fuerzas de rozamiento en 4 orientaciones (dirección y sentido) diferentes. Hacia delante cuando se acelera, hacia atrás cuando se frena (desacelera) y hacia dentro de la curva (a derecha e izquierda) cuando se realiza un viraje. Los neumáticos de motos GP se comportan como auténticos chicles pero necesitan estar dentro de un determinado rango de temperaturas para su óptimo comportamiento. En circuitos en los que la mayoría de curvas son a la derecha la zona derecha del neumático estará más caliente y cuando se aborde una curva a la izquierda el coeficiente del neumático será menor por la menor temperatura de la goma. Vista superior. Cuatro posibles direcciones de la fuerza de rozamiento del neumático con la carretera. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en Xavier Aguado Jódar 4

5 Vista lateral. Fuerza de rozamiento en giro cuando se acelera. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en Cuando el suelo está seco y se corre en circuito las motos y los coches usan neumáticos lisos, que presentan mayores coeficientes de rozamiento en estas circunstancias. Cuando se compite campo a través y también cuando se corre en circuito pero sobre mojado los neumáticos llevarán dibujos para mejorar los coeficientes. Las propiedades impermeables de los asfaltos contribuyen a que se produzca aquaplaning. En condiciones de aquaplaning disminuye el área de contacto entre neumático y suelo ya que parte de dicha área es reemplazada por el agua como se puede ver en la figura inferior. Vista lateral. Fuerza de rozamiento en giro en aquaplaning. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en Xavier Aguado Jódar 5

6 Los coeficientes de rozamiento de las ruedas varían de forma importante en función de condiciones como mojado, nieve o hielo. También en función de contaminantes y de cambio de superficie como puede suceder cuando en un viraje la moto traza mal la curva y sale del asfalto. Variación de los coeficientes de rozamiento en giro de neumáticos con diferentes condiciones. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en Además en las curvas las motos de GP se inclinan más de 50º y pueden llegar a zonas laterales del neumático en las que la dureza del neumático cambia y el coeficiente se viera afectado también. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en Xavier Aguado Jódar 6

7 Cuando se estudia el rozamiento en giro normalmente se considera un único punto de contacto entre la rueda y el suelo y como mucho se considera en 2D diciendo que las ruedas más estrechas tienen menores fuerzas de rozamiento máximas estáticas que las más gruesas. Es decir resbalarían ante menores aceleraciones que las ruedas anchas. Pero las ruedas generan fuerzas de rozamiento que cambien en diferentes zonas en el sentido de delante a atrás. Normalmente la fuerza normal alzanza un valor superior por delante de la vertical del eje de la rueda y menor en la zona trasera. Vista lateral. La fuerza de rozamiento en giro cambia en diferentes zonas de la rueda porque la fuerza normal no se distribuye por igual. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en En el rozamiento en giro se considera que la fuerza de rozamiento aumenta con diámetros de rueda pequeños y disminuye a medida que aumenta el diámetro de la rueda. Es decir a mayor diámetro menor coeficiente. Eso es así y está expuesto en muchos libros de física. La razón que veo para explicarlo es que en la microestructura del contacto rueda suelo pasaría algo similar a lo que sucede a tamaño real entre las ruedas y el suelo cuando este presenta imperfecciones, baches y zonas elevadas. En estos caso para conducir más cómodo y evitar claverse en las elevaciones y baches se recomiendan ruedas más grandes como se puede ver en la figura inferior. Aunque en la realidad pueda no ajustarse exactamente a la teoría en el rozamiento en giro se considera que la variación de la presión de los neumáticos modifica el coficiente de manera que a mayor presión menor coeficiente, en gran medida en realción con la mayor o menor área de contacto que provocará cambios en la interacción entre ambas superficies. No obstante no se le concede el mismo efecto a la variación del diámetro de la rueda. Xavier Aguado Jódar 7

8 Las ruedas más grandes permiten sortear mejor y de forma más cómoda los terrenos irregulares. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en Xavier Aguado Jódar 8