Teoría del Rozamiento

A la escala atómica, aun la superficie mas finamente pulida está lejos de ser plana. Por ejemplo, la figura de arriba muestra el perfil real, considerablemente amplificado, de una superficie de acero aparentemente muy bien pulida. Fácilmente podemos creer que al colocar dos cuerpos de este tipo en contacto, el área microscópica de contacto es mucho menor que área macroscópica aparente de contacto.

La superficie microscópica (es decir, la superficie real) de contacto es proporcional a la fuerza normal, porque las puntas de contacto se deforman plásticamente bajo los grandes esfuerzos que se desarrollan en estos puntos. Muchos puntos de contacto quedan soldados en frío entre sí. Este fenómeno, denominado adherencia superficial, se debe a que en los puntos de contacto, las moléculas, en las caras opuestas de la superficie, están tan cercanas unas a las otras que ejercen fuerzas intermoleculares intensas entre sí. 

Cuando un cuerpo (por ejemplo, un metal) se jala sobre la superficie de otro, la resistencia por rozamiento está relacionada con la ruptura de estos millares de pequeñas soldaduras, que continuamente se vuelven a formar conforme se presentan nuevas oportunidades de contacto. Experimentos con rastreadores radioactivos han permitido averiguar que, en el proceso de ruptura, pequeños fragmentos de una superficie metálica pueden ser arrancados y quedar adheridos a la otra superficie. Si la rapidez relativa del movimiento de las dos superficies se suficientemente grande, puede haber una fusión local en ciertas zonas de contacto, aun cuando la superficie en conjunto pueda sentirse solo ligeramente caliente. 

El coeficiente de rozamiento depende de muchas variables, tales como la naturaleza de los materiales, el acabado superficial, películas superficiales, temperatura y grado de contaminación. Por ejemplo, si en un recipiente al alto vacío se colocan dos superficies metálicas que se han limpiado cuidadosamente y como consecuencia del vacío no se pueden formar películas de oxígeno en las superficies, el coeficiente de rozamiento se eleva a valores enormes y las superficies quedan firmemente soldadas entre sí. Al dejar penetrar una pequeña cantidad de aire al recipiente de modo que puedan formarse películas de oxígeno en las superficies opuestas, el coeficiente de rozamiento se reduce a su nivel normal. 

Con estas complicaciones no es sorprendente que no haya una teoría exacta del rozamiento en seco y que las leyes del mismo sean impíricas. Sin embargo, la teoría de la adherencia superficial en el rozamiento entre metales conduce a comprender fácilmente las dos leyes mencionadas anteriormente. Así se determina que el área microscópica de contacto que determina la fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal, y, por consiguiente, la fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal. El hecho de que la fuerza de rozamiento sea independiente del área aparente de contacto significa, por ejemplo, que la fuerza que se requiere para arrastrar un ladrillo de metal sobre una mesa metálica es la misma, cualquiera que sea la cara del ladrillo que esté en contacto con la mesa. La fuerza de rozamiento que se opone a que un cuerpo ruede sobre otro es mucho menor que la fuerza necesaria para el resbalamiemto y esta es la ventaja de la rueda sobre el trineo. 

La resistencia al rozamiento por deslizamiento en superficies secas se puede reducir considerablemente mediante la lubricación. En el mural de una gruta en Egipto fechada 1900 años antes de Cristo se ve una gran estatua de piedra que se va deslizando en una rastra, mientras un hombre, enfrente de la rastra, va echando aceite lubricante en su camino. Una técnica mucho más efectiva es introducir una capa de gas entre las superficies que resbalan, el disco de hielo seco y la chumacera sobre soportes de gas, son algunos ejemplos. 

El rozamiento toma parte muy importante incluso allí donde nosotros ni lo sospechamos. Si el rozamiento desapareciera repentinamente, muchos de los fenómenos ordinarios se desarrollarían de forma completamente diferente. 

El rozamiento da estabilidad. Los albañiles nivelan el suelo de manera que las mesas y las sillas se queden allí donde las ponemos. Si sobre una mesa colocamos platos, vasos, etc, podemos estar seguros de que no se moverán de su sitio, a no ser de que esto ocurra en un barco cuando haya oleaje. 

Imaginemos por un momento que el rozamiento se pueda eliminar por completo. En estas condiciones los cuerpos, tengan las dimensiones de una peña o de un pequeño granito de arena, no podrían apoyarse unos en otros: todos empezarán a resbalar o rodar y así continuarán hasta que se encuentren en un mismo nivel. Si no hubiera rozamiento, la Tierra sería una esfera sin rugosidades, lo mismo que una gota de agua.

A esto podríamos añadir que si no existiera el rozamiento los clavos y tornillos se saldrían de las paredes, no podríamos sujetar nada con las manos, los torbellinos no cesarían nunca, los sonidos no dejarían de oírse jamás y producirían ecos sin fin, que se reflejarían en las paredes sin debilitarse. Veamos algunas noticias periodísticas respecto a ello, de diciembre de 1927:

• Londres, 21. Debido a la fuerte helada, el tráfico urbano y tranviario se ha hecho muy difícil en Londres. Cerca de 1400 personas han ingresado en los hospitales con fracturas de brazos y piernas
• París, 21. Las heladas han ocasionado en París y sus alrededores numerosos accidentes....

Las heladas nos dan siempre buenas lecciones de la gran importancia que tiene el rozamiento. En cuanto nos sorprenden en la calle nos sentimos incapaces de dar un paso sin temor a caernos. Y, sin embargo, el hecho de que el hielo ofrezca poco rozamiento puede ser útil para fines técnicos. Un ejemplo de ello son los trineos ordinarios. Otra demostración aun más convincente son los llamados caminos de hielo, que se hacían para transportar los leños desde el lugar de la tala hasta el ferrocarril o hasta el punto de lanzamiento a un río para su transporte por flotación. Por estos caminos, que tienen una especie de raílers lisos helados, un par de caballos puede arrastrar un trineo cargado con 70 toneladas de troncos.