Qualsevol contacte entre dos cossos produeix una força de fricció. En aquest cas, no importa en quin estat agregat de la matèria es troben els cossos, si es mouen entre si o estan en repòs. En aquest article, analitzarem breument quins tipus de fricció existeixen a la natura i la tecnologia.
Fregament en repòs
Per a molts, pot ser una idea estranya que la fricció dels cossos existeixi fins i tot quan estan en repòs els uns dels altres. A més, aquesta força de fricció és la força més gran entre altres tipus. Es manifesta quan intentem moure qualsevol objecte. Pot ser un bloc de fusta, una pedra o fins i tot una roda.
La raó de l'existència de la força de fregament estàtica és la presència d'irregularitats a les superfícies de contacte, que interaccionen mecànicament entre si segons el principi del pic de creuament.
La força de fricció estàtica es calcula mitjançant la fórmula següent:
Ft1=µtN
Aquí N és la reacció del suport amb què la superfície actua sobre el cos al llarg de la normal. El paràmetre µt és el coeficient de fricció. Depèn deel material de les superfícies de contacte, la qualitat del processament d'aquestes superfícies, la seva temperatura i alguns altres factors.
La fórmula escrita mostra que la força de fricció estàtica no depèn de l'àrea de contacte. L'expressió de Ft1 us permet calcular l'anomenada força màxima. En alguns casos pràctics, Ft1 no és el màxim. Sempre és igual en magnitud a la força externa que pretén treure el cos del repòs.
La fricció en repòs té un paper important a la vida. Gràcies a això, ens podem moure a terra, empenyent-nos amb la planta dels peus, sense relliscar. Els cossos que es troben en plans inclinats cap a l'horitzó no llisquen a causa de la força Ft1.
Frigació durant el lliscament
Un altre tipus de fricció important per a una persona es manifesta quan un cos llisca sobre la superfície d'un altre. Aquesta fricció sorgeix per la mateixa raó física que la fricció estàtica. A més, la seva força es calcula amb una fórmula similar.
Ft2=µkN
L'única diferència amb la fórmula anterior és l'ús de diferents coeficients per a la fricció lliscant µk. Els coeficients µk són sempre inferiors als paràmetres similars per a la fricció estàtica per al mateix parell de superfícies de fregament. A la pràctica, aquest fet es manifesta de la següent manera: un augment gradual de la força externa comporta un augment del valor de Ft1 fins assolir el seu valor màxim. Després d'això ellabaixa bruscament en diverses desenes de per cent fins al valor Ft2 i es manté constant durant el moviment del cos.
El coeficient µk depèn dels mateixos factors que el paràmetre µt per a la fricció estàtica. La força de fricció de lliscament Ft2 pràcticament no depèn de la velocitat de moviment dels cossos. Només a altes velocitats es nota la disminució.
La importància de la fricció lliscant per a la vida humana es pot veure en exemples com l'esquí o el patinatge. En aquests casos, el coeficient µk es redueix modificant les superfícies de fregament. Al contrari, ruixar les carreteres amb sal i sorra pretén augmentar els valors dels coeficients µk i µt.
Fregament rodant
Aquest és un dels tipus de fricció importants per al funcionament de la tecnologia moderna. Està present durant la rotació dels coixinets i el moviment de les rodes dels vehicles. A diferència de la fricció de lliscament i de repòs, la fricció de rodament es deu a la deformació de la roda durant el moviment. Aquesta deformació, que es produeix a la regió elàstica, dissipa energia com a resultat de la histèresi, manifestant-se com una força de fregament durant el moviment.
El càlcul de la força de fregament màxima de rodament es realitza segons la fórmula:
Ft3=d/RN
És a dir, la força Ft3, com les forces Ft1 i Ft2, és directament proporcional a la reacció del suport. Tanmateix, també depèn de la duresa dels materials en contacte i del radi de la roda R. El valord s'anomena coeficient de resistència al rodament. A diferència dels coeficients µk i µt, d té la dimensió de la longitud.
Per regla general, la relació adimensional d/R resulta ser 1-2 ordres de magnitud inferior al valor µk. Això vol dir que el moviment dels cossos amb l'ajuda del rodatge és molt més favorable energèticament que amb l'ajuda del lliscament. És per això que la fricció rodant s'utilitza en totes les superfícies de fregament de mecanismes i màquines.
Angle de fricció
Els tres tipus de manifestacions de fricció descrites anteriorment es caracteritzen per una certa força de fregament Ft, que és directament proporcional a N. Ambdues forces es dirigeixen en angle recte entre si.. L'angle que forma la seva suma vectorial amb la normal a la superfície s'anomena angle de fregament. Per entendre la seva importància, utilitzem aquesta definició i escrivim-la en forma matemàtica, obtenim:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Per tant, la tangent de l'angle de fregament θ és igual al coeficient de fregament k per a un determinat tipus de força. Això vol dir que com més gran sigui l'angle θ, més gran serà la força de fregament.
Frigació en líquids i gasos
Quan un cos sòlid es mou en un medi gasós o líquid, xoca constantment amb partícules d'aquest medi. Aquestes col·lisions, acompanyades d'una pèrdua de velocitat del cos rígid, són la causa de la fricció en les substàncies fluides.
Aquest tipus de fricció depèn molt de la velocitat. Així, a velocitats relativament baixes, la força de friccióresulta ser directament proporcional a la velocitat de moviment v, mentre que a velocitats altes estem parlant de proporcionalitat v2.
Hi ha molts exemples d'aquesta fricció, des del moviment de vaixells i vaixells fins al vol d'avions.
