Roce deslizante y en giro

Xavier Aguado Jdar 1

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

1- Los coeficientes de rozamiento en giro suelen ser bastante ms pequeos que

los deslizantes y por lo tanto las fuerzas de rozamiento tambin lo sern. Un valor habitual del coeficiente de rozamiento en giro es 0.001.

2- Tericamente el valor mximo del coeficiente de rozamiento en giro sera 1, aunque en la prctica se llegan a obtener valores superiores (por ejemplo los neumticos de motos de competicin en circuito GP pueden tener coeficientes de 1,2-1,3 en condiciones ptimas). Tambin en la prctica 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 2.

3- Tanto en el rozamiernto en giro como en el deslizante existen sustancias que aumentan los coeficientes de rozamiento y otras que los disminuyen. La explicacin siempre se hace en base a lo que sucede microscpicamente entre las superficies que entran en contacto.

4- La fuerza de rozamiento deslizante en principio no depende del tamao (rea) 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 presin de hinchado de las ruedas.

6- La mxima fuerza de rozamiento esttica es mayor a la fuerza de rozamiento cintica.

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) 0.02-0.03 Acero sobre hierro 0.19 Hielo sobre hielo 0.028 Patines de madera sobre hielo y nieve 0.035 Goma (neumtico) sobre terreno firme 0.4-0.6 Correa de cuero (seca) sobre metal 0.56 Bronce sobre bronce 0.2 Bronce sobre acero 0.18 Roble sobre roble en la direccin de la fibra 0.48 Fuente: Koshkin N. I., Shirkvich M. G.. Manual de Fsica Elemental. Editorial Mir 1975. Coeficientes de rozamiento esttico y cintico entre diferentes superficies Cobre sobre acero 0.53 0.36 Acero sobre acero 0.74 0.57 Aluminio sobre acero 0.61 0.47 Caucho sobre concreto 1.0 0.8 Madera sobre madera 0.25-0.5 0.2 Madera encerada sobre nieve hmeda 0.14 0.1 Tefln sobre tefln 0.04 0.04 Articulaciones sinoviales en humanos 0.01 0.003 Fuente: Serway R. A.. Fsica. Editorial McGraw-Hill. (1992)


Coefficient Of Friction

Dry Greasy MATERIAL 1 MATERIAL 2

Static Sliding Static Sliding

Aluminum Aluminum 1.05-1.35 1.4 0.3

Aluminum Mild Steel 0.61 0.47

Cast Iron Cast Iron 1.1 0.15 0.07

Cast Iron Oak 0.49 0.075

Chromium Chromium 0.41 0.34

Copper Copper 1.0 0.08

Copper Mild Steel 0.53 0.36 0.18

Diamond Diamond 0.1 0.05 - 0.1

Diamond Metal 0.1 -0.15 0.1

Glass Glass 0.9 - 1.0 0.4 0.1 - 0.6 0.09-0.12

Glass Metal 0.5 - 0.7 0.2 - 0.3

Glass Nickel 0.78 0.56

Nickel Nickel 0.7-1.1 0.53 0.28 0.12

Nickel Mild Steel 0.64; 0.178

Nylon Nylon 0.15 - 0.25

Oak Oak (parallel grain) 0.62 0.48

Oak Oak (cross grain) 0.54 0.32 0.072

Platinum Platinum 1.2 0.25

Plexiglas Plexiglas 0.8 0.8

Plexiglas Steel 0.4 - 0.5 0.4 - 0.5

Polystyrene Polystyrene 0.5 0.5

Polystyrene Steel 0.3-0.35 0.3-0.35

Polythene Steel 0.2 0.2


Rubber Asphalt (Dry) 0.5-0.8

Rubber Asphalt (Wet) 0.25-0.0.75

Rubber Concrete (Dry) 0.6-0.85

Rubber Concrete (Wet) 0.45-0.75

Saphire Saphire 0.2 0.2

Silver Silver 1.4 0.55

Sintered Bronze Steel - 0.13

Solids Rubber 1.0 - 4.0 --

Steel Aluminium Bros 0.45

Steel Brass 0.35 0.19

Steel(Mild) Brass 0.51 0.44

Steel (Mild) Cast Iron 0.23 0.183 0.133

Steel Cast Iron 0.4 0.21

Steel Copper Lead Alloy 0.22 0.16 0.145 Coeficientes de rozamiento en giro: Acero sobre acero: 0.0005 Madera sobre acero: 0.0012 Madera sobre madera: 0.0015 Hierro sobre hierro: 0.00051 Hierro sobre granito: 0.0021 Caucho sobre hormign: 0.015-0.035 Fuente: http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Tribology/co_of_frict.htm La explicacin de la variacin de los coeficientes siempre hay que buscarla en la microestructura del contacto entre las superficies enfrentadas:


En el rozamiento en giro entre una cubierta de neumtico y el asfalto se pueden calcular fuerzas de rozamiento en 4 orientaciones (direccin y sentido) diferentes. Hacia delante cuando se acelera, hacia atrs cuando se frena (desacelera) y hacia dentro de la curva (a derecha e izquierda) cuando se realiza un viraje. Los neumticos de motos GP se comportan como autnticos chicles pero necesitan estar dentro de un determinado rango de temperaturas para su ptimo comportamiento. En circuitos en los que la mayora de curvas son a la derecha la zona derecha del neumtico estar ms caliente y cuando se aborde una curva a la izquierda el coeficiente del neumtico ser menor por la menor temperatura de la goma. Vista superior. Cuatro posibles direcciones de la fuerza de rozamiento del neumtico con la carretera. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en 2004.


Vista lateral. Fuerza de rozamiento en giro cuando se acelera. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en 2004. Cuando el suelo est seco y se corre en circuito las motos y los coches usan neumticos lisos, que presentan mayores coeficientes de rozamiento en estas circunstancias. Cuando se compite campo a travs y tambin cuando se corre en circuito pero sobre mojado los neumticos llevarn dibujos para mejorar los coeficientes. Las propiedades impermeables de los asfaltos contribuyen a que se produzca aquaplaning. En condiciones de aquaplaning disminuye el rea de contacto entre neumtico y suelo ya que parte de dicha rea 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 2004.


Los coeficientes de rozamiento de las ruedas varan de forma importante en funcin de condiciones como mojado, nieve o hielo. Tambin en funcin de contaminantes y de cambio de superficie como puede suceder cuando en un viraje la moto traza mal la curva y sale del asfalto. Adems en las curvas las motos de GP se inclinan ms de 50 y pueden llegar a zonas laterales del neumtico en las que la dureza del neumtico cambia y el coeficiente se viera afectado tambin.

Variacin de los coeficientes de rozamiento en giro de neumticos con diferentes condiciones. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en 2004.

Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en 2004.


Cuando se estudia el rozamiento en giro normalmente se considera un nico punto de contacto entre la rueda y el suelo y como mucho se considera en 2D diciendo que las ruedas ms estrechas tienen menores fuerzas de rozamiento mximas estticas que las ms gruesas. Es decir resbalaran 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 atrs. Normalmente la fuerza normal alzanza un valor superior por delante de la vertical del eje de la rueda y menor en la zona trasera. En el rozamiento en giro se considera que la fuerza de rozamiento aumenta con dimetros de rueda pequeos y disminuye a medida que aumenta el dimetro de la rueda. Es decir a mayor dimetro menor coeficiente. Eso es as y est expuesto en muchos libros de fsica. La razn que veo para explicarlo es que en la microestructura del contacto rueda suelo pasara algo similar a lo que sucede a tamao real entre las ruedas y el suelo cuando este presenta imperfecciones, baches y zonas elevadas. En estos caso para conducir ms cmodo y evitar claverse en las elevaciones y baches se recomiendan ruedas ms grandes como se puede ver en la figura inferior. Aunque en la realidad pueda no ajustarse exactamente a la teora en el rozamiento en giro se considera que la variacin de la presin de los neumticos modifica el coficiente de manera que a mayor presin menor coeficiente, en gran medida en realcin con la mayor o menor rea de contacto que provocar cambios en la interaccin entre ambas superficies. No obstante no se le concede el mismo efecto a la variacin del dimetro de la rueda.

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 2004.


Las ruedas ms grandes permiten sortear mejor y de forma ms cmoda los terrenos irregulares. Dibujo de Motorcycle desing and technology de Gaetano Cocco publicado por Motorbooks International en 2004.

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