Efecto de la fuerza normal sobre el coeficiente de fricción entre dos superficies sólidas.

• Autores: Libardo V. Vanegas Useche, Juan Felipe Arroyave Londoño, Magd M. Abdel Wahab
• Localización: Entre ciencia e ingeniería, ISSN-e 2539-4169, ISSN 1909-8367, Vol. 5, Nº. 10, 2011, págs. 75-92
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Effect of the Normal Force upon the Friction Coefficient between two Solid Surfaces
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• Resumen
  • español

    En este artículo se presenta el proyecto de investigación basado en la dependencia del coeficiente de fricción, μ, entre dos superficies sólidas, de la fuerza normal, N, aplicada a éstas. Se hace una revisión de los modelos y resultados experimentales sobre este tema, y se presentan los resultados de experimentos con cerdas de acero para barredoras de carreteras. Muchos trabajos teóricos y experimentales han mostrado que μ puede aumentar o decrecer con N. Sin embargo, la mayor parte de la literatura parece indicar que μ se reduce al aumentar N, bajo ciertas condiciones. Esto ocurre principalmente para fuerzas pequeñas y cuando la superficie es muy lisa. Se concluye que este fenómeno puede deberse a varios factores: las fuerzas de adhesión que afectan las superficies muy lisas tienden a ser significativas cuando N es pequeña y tienen el efecto de aumentar el valor de μ. Las diferencias en los radios de contacto de las asperezas pueden aportar también a este fenómeno. Cuando N es pequeña, un gran número de asperezas en contacto tiene radios pequeños, y se podrían desarrollar grandes esfuerzos cortantes de fricción. En contraste, para fuerzas grandes, los radios de contacto más grandes dominan la fricción; aparecen esfuerzos de fricción que son menores que los cortantes, generando coeficientes de fricción más pequeños. Además, el cambio de contacto elástico, para fuerzas pequeñas, a contacto elástico-plástico, para fuerzas mayores, puede provocar una reducción de μ al aumentar N.

    En este artículo se presenta el proyecto de investigación basado en la dependencia del coeficiente de fricción, μ, entre dos superficies sólidas, de la fuerza normal, N, aplicada a éstas. Se hace una revisión de los modelos y resultados experimentales sobre este tema, y se presentan los resultados de experimentos con cerdas de acero para barredoras de carreteras. Muchos trabajos teóricos y experimentales han mostrado que μ puede aumentar o decrecer con N. Sin embargo, la mayor parte de la literatura parece indicar que μ se reduce al aumentar N, bajo ciertas condiciones. Esto ocurre principalmente para fuerzas pequeñas y cuando la superficie es muy lisa. Se concluye que este fenómeno puede deberse a varios factores: las fuerzas de adhesión que afectan las superficies muy lisas tienden a ser significativas cuando N es pequeña y tienen el efecto de aumentar el valor de μ. Las diferencias en los radios de contacto de las asperezas pueden aportar también a este fenómeno. Cuando N es pequeña, un gran número de asperezas en contacto tiene radios pequeños, y se podrían desarrollar grandes esfuerzos cortantes de fricción. En contraste, para fuerzas grandes, los radios de contacto más grandes dominan la fricción; aparecen esfuerzos de fricción que son menores que los cortantes, generando coeficientes de fricción más pequeños. Además, el cambio de contacto elástico, para fuerzas pequeñas, a contacto elástico-plástico, para fuerzas mayores, puede provocar una reducción de μ al aumentar N.

  • English

    The results of the research related to the dependency of the frictioncoefficient, µ, between two solid surfaces, on the normal force, N, ispresented. A review of models and experimental results in this area ismade, and results of friction experiments with steel wire bristles for streetsweepers are referred. Many theoretical and experimental works haveshown that µ may increase or decrease when N increases. However, theliterature indicates that mostly µ reduces as N is increased. This mainlyoccurs for small forces and very smooth surfaces. It is concluded thatthis phenomenon may be caused by several factors. Adhesion forces,which affect very smooth surfaces, tend to be significant when N is smalland have the effect of increasing µ. The differences in the contact radii ofthe asperities may also cause this phenomenon. When N is small, a greatnumber of asperities in contact have small radii, and large shear frictionstresses may be developed. In contrast, for large forces, the larger contactradii dominate friction; friction stresses, which are smaller than the shearones, appear producing small friction coefficients. It is also concluded thatthe change from elastic contact, for small forces, to elastic-plastic contact,for larger ones, may reduce µ when N increases.