Fricció

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Bloc en repòs

A la física o enginyeria es defineix com fregament o fricció a la resistència que s'oposa a la rotació o al lliscament d'un cos sobre un altre, o també a la força que apareix en la superfície de contacte de dos cossos quan s'intenta lliscar un sobre un altre.

La tribologia és la ciència que estudia la fricció, el desgast i la lubricació de superfícies en contacte.

Quan les superfícies en contacte es desplacen relativament una respecte l'altra, la fricció entre les dues superfícies converteix l'energia cinètica en calor. L'energia cinètica es converteix en calor qualsevol quin sigui el moviment amb fricció que passi.

La fricció no és una força fonamental però ocorre per la força electromagnètica entre partícules carregades que constitueixen les superfícies en contacte. Per la complexitat d'aquestes interaccions, la fricció no es pot calcular pels primers principis, però en canvi es pot fer de manera empírica.

Història[modifica | modifica el codi]

Les regles clàssiques de la fricció per lliscament van ser descobertes per Leonardo da Vinci (1452–1519), però van romandre manuscrites en els seus escrits sense arribar a publicar-se.[1][2] Van ser redescobertes per Guillaume Amontons (1699) i van ser desenvolupades més tard per Charles-Augustin de Coulomb (1785). Leonhard Euler (1707–1783) derivà l'angle de repòs d'un pes en un pla inclinat i va ser el primer a distingir entre la fricció estàtica i la cinètica.[3] Arthur Morrin (1833) desenvolupà el concepte de fricció estàtica. Osborne Reynolds (1866) derivà l'equació sobre l flux viscós. Això va completar el model empíric clàssic de la fricció (estàtica, cinètica i fluida) que de forma comuna es fa servir actualment en enginyeria.[1]

El centre de l'enfocament científic durant el segle XX va ser el d'entendre els mecanismes físics que hi ha darrere de la fricció. F. Phillip Bowden i David Tabor (1950) mostraren que a nivell microscòpicl, la zona real de contacte entre superfícies és una petita fracció de la zona aparent.[2] Aquesta zona real de contacte està causada per les aspereses (rugositat) s'incrementa per la pressió, expicant la proporcionalitat entre força normal i força de fricció. El desenvolupament del microscopi de força atòmic (1986) recentment ha permès als científics estudiar la fricció a escala atòmica.[1]

Lleis del fregament per a cossos sòlids[modifica | modifica el codi]

  • La força de fregament és sempre de sentit contrari a la força que empeny al cos.
  • La força de fregament és pràcticament independent de l'àrea de la superfície de contacte.
  • La força de fregament depèn de la naturalesa dels cossos en contacte, així com de l'estat que es trobin les seves superfícies.
  • La força de fregament és directament proporcional a la força normal que actua entre les superfícies de contacte.
  • Per a un mateix parell de cossos, el fregament és major en el moment d'arrencada que quan s'inicia el moviment.
  • La força de fregament és pràcticament independent de la velocitat amb que es desplaça un cos sobre un altre.

Formulació matemàtica[modifica | modifica el codi]

Aparell usat per Coulomb per estudiar la fricció

La força de fregament entre dos cossos es pot expressar mitjançant la formula de fricció de Coulomb (en honor a Charles-Augustin de Coulomb):

F_f=N \cdot \mu

on N és la força normal i μ el coeficient de fricció.

Tipus de fregament[modifica | modifica el codi]

Existeixen dos tipus de fricció o fregament. La fricció estàtica és la força d'oposició a l'inici de qualsevol moviment d'una superfície contra una altra. És a dir que solament està present mentre el moviment no s'ha iniciat. Quan el cos ja està en moviment, la força d'oposició que actua és més feble i es denomina fricció dinàmica. S'observa que és més difícil iniciar el moviment d'un cos que mantenir-lo, perquè la fricció estàtica és més intensa que la fricció dinàmica.

La fricció és causant del desgast de les peces mecàniques en tot tipus de màquines i engranatges així com de la generació de pèrdues d'energia en forma de calor. No obstant això, és imprescindible en la vida quotidiana ja que permet caminar, frenar els vehicles, girar en les corbes o esmolar els ganivets per exemple.

Valors dels coeficients de fricció[modifica | modifica el codi]

Coeficients de fricció d'algunes substàncies
Materials en contacte Fricció estàtica Fricció dinàmica
Gel // Gel 0,1 0,03
Vidre // Vidre 0,9 0,4
Fusta // Cuir 0,4 0,3
Fusta // Pedra 0,7 0,3
Fusta // Fusta 0,4 0,3
Acer // Acer 0,74 0,57
Acer // Gel 0,03 0,02
Acer // Llautó 0,5 0,4
Acer // Tefló 0,04 0,04
Tefló // Tefló 0,04 0,04
Cautxú // Ciment (sec) 1,0 0,8
Cautxú // Ciment (humit) 0,3 0,25
Coure // Ferro (fos) 1,1 0,3
Esquí (encerat) // Neu (0ºC) 0,1 0,05
Articulacions humanes 0,01 0,003

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. 1,0 1,1 1,2 Armstrong-Hélouvry, Brian. Control of machines with friction. USA: Springer, 1991, p. 10. ISBN 0792391330. 
  2. 2,0 2,1 van Beek, Anton. «History of Science Friction». tribology-abc.com. [Consulta: 2011-03-24].
  3. «Leonhard Euler». Friction Module. Nano World website, 2002. [Consulta: 2011-03-25].

El fregament en medis fluids[modifica | modifica el codi]

Vegeu l'article «Viscositat».