Este documento describe las fuerzas de roce seco y los factores que influyen en el coeficiente de roce. Explica que el roce permite la transmisión de movimiento en máquinas pero también causa desgaste. El coeficiente de roce depende de la naturaleza de los materiales, el acabado de las superficies, y si hay lubricantes u otros elementos entre ellas. También hay diferencia entre el coeficiente estático y cinético de roce.

1. UNIVERSIDAD FERMIN TORO
FACULTAD DE INGENIERIA
CABUDDARE – EDO. LARA
ALUMNO:
ROBERTH TAMPOA

2. Fuerzas de Roce Seco
La importancia del rozamiento o fricción en la ingeniería mecánica viene
dada por su aparición deseada en algunos casos y poco deseada en otros casos,
en los cuales se le agrega un abrasivo en el primer caso y un lubricante en el
segundo, para aumentar el coeficiente de roce o disminuirlo, respectivamente.
El coeficiente de roce es en la mayoría de los caso el que permite la
transmisión del movimiento, como lo es en las poleas a través de las bandas o
correas, entre los engranes, pero su vez es un problema ya que es el causante de
los desgastes de las superficies en contacto.
El rozamiento o fricción, es un concepto físico derivado de la interacción de
dos cuerpos íntimamente unidos por una fuerza P perpendicular a la superficie de
contacto. Este rozamiento está representado por la fuerza F paralela a la superficie
de contacto, que hay que aplicar a uno de los cuerpos para que se mueva
deslizándose sobre el otro.
El estado "ideal" de rozamiento "seco" solo se consigue en ciertas
condiciones muy especiales, ya que en la mayoría de los casos, entre los cuerpos
existe algún otro elemento interactuante, como suciedad, polvo, algún fluido
pelicular etc., que aparta el proceso de esta idealización. No obstante para la
mayoría de las aplicaciones basta con que los cuerpos estén naturalmente secos y
limpios para considerar que cumplen estas condiciones.
La magnitud de la fuerza 𝐹⃗ resulta una fracción de la fuerza𝑁⃗⃗⃗ y su valor es
mas grande a medida que aumenta el valor de la carga de unión 𝑁⃗⃗⃗, pero además,
depende de otros factores adicionales que intervienen en el proceso, todos estos
factores adicionales involucrados, están representados por un número conocido
como coeficiente de rozamiento, de manera que matemáticamente la relación
puede escribirse como:
𝐹𝑟 ≤ 𝜇𝑁
Donde µes el coeficiente de rozamiento o fricción.
Algunos factoresque influyen en el valor de µ.

3. Naturaleza de los cuerpos
Debido a factores de origen complejo, alguno de los cuales no son bien
conocidos, el coeficiente de fricción resultante para la interacción entre dos
cuerpos, a igualdad del resto de las condiciones, depende de la naturaleza y de la
constitución de los cuerpos. Así por ejemplo; este coeficiente es diferente para el
roce entre acero templado y acero templado que para acero templado y acero
blando, o entre acero templado e hierro fundido etc.
Existen en la práctica ciertas tablas ya elaboradas donde se definen estos
valores promedio para ciertas uniones utilizadas en la maquinaria en general.
Acabado superficial
¿Quién ejerce esa fuerza de rozamiento? ¿Cómo se materializa?
Si observáramos las dos superficies que están en contacto con algún
instrumento que las amplíe (digamos unas 100 veces) veremos que por más lisas
que nos parezcan a simple vista, en realidad poseen hendiduras y salientes, que
terminan como "encastrándose" (ambas superficies).

4. Esta especie de encastre genera diminutas fuerzas de contacto (entre picos
y valles) que todas sumadas se pueden representar por una única fuerza: la fuerza
de rozamiento.
La rugosidad de las superficies en contacto tiene una marcada influencia
sobre el coeficiente de rozamiento.
Los surcos, que provocan la rugosidad, de las superficies en contacto,
pueden ser de pequeño tamaño y no ser observados a simple vista para los
mecanizados de terminación fina, pero pueden ser incluso visibles en los procesos
de producción bastos.
Es evidente, que a medida que el acabado superficial sea peor, (surcos mas
grandes), el encajamiento de los picos de una superficie con los valles de la otra
producen un notable aumento de la fuerza necesaria para producir el movimiento
relativo de ambas y con ello el incremento del coeficiente de fricción resultante de
la unión
En la figura anterior, nótese que físicamente el contacto de ambas se
produce solo en algunos puntos, esta situación hace que la fuerza 𝑁⃗⃗⃗ esté aplicada
solo a una pequeña área. Con la reducción del área, la presión resultante en los
puntos de contacto puede ser muy elevada y producir efectos secundarios con

5. gran influencia en el coeficiente de fricción como pueden ser: micro-soldadura
resultante de la elevada temperatura generada durante el movimiento, interacción
molecular, generación de partículas por desgarradura y otros.
Presencia de otro elemento en la unión
Para la disminución del coeficiente de fricción, lo más común es encontrar
en la unión el uso de un fluido líquido, este fluido recibe el nombre de lubricante y
el rozamiento se conoce como rozamiento húmedo o lubricado, en otros
casos, se introducen cuerpos sólidos esféricos y duros que facilitan en gran grado
el movimiento mutuo lo que se conoce como rozamiento por rodadura.
En algunos casos lo que se necesita es aumentar el coeficiente de fricción para
reducir o impedir el deslizamiento mutuo, en estos casos se acude a partículas
agudas y duras que se se oponen al movimiento al incrustarse en las superficies
debido a la carga P. En este caso se está interesado en el rozamiento seco,
cuando no se encuentra alguna sustancia o elemento entre las superficies en
contacto.
Estado del movimiento relativo de los cuerpos
Hay una notable diferencia entre el coeficiente de rozamiento resultante en
una unión antes y después de iniciado el movimiento relativo.
Existen dos tipos de coeficiente de roce, el estático “𝝁 𝒔”y el coeficiente
de roce cinético “𝝁 𝒌”. El primero se utiliza cuando el cuerpo se encuentra en
reposo respecto a la superficie en contacto y el segundo cuando se encuentra en
movimiento respecto a esta superficie, de allí los nombres estático y cinético.
Además si 𝐹⃗ es la fuerza paralela a la superficie en contacto y en sentido
contrario al posible movimiento, donde 𝐹⃗ es la fuerza necesaria para impedir el
movimiento del cuerpo en reposo y 𝑁⃗⃗⃗ es la fuerza normal, se tiene que la fuerza
de roce es:

6. Fr = {
F ; si F < μs
N
μs
N ; si el movimiento es inminente
μk
N ; si F < μs
N
Donde se entiende el movimiento inminente, cuando el cuerpo está a punto
de romper el equilibrio (iniciar el movimiento).
En todos los casos el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el
dinámico o cinético.
𝛍 𝐬 > 𝛍 𝐤
Como las fuerzas de contacto entre dos superficies tienen dos componentes,
una paralela a la superficie (fuerza de roce Fr) y otra perpendicular a la misma
(fuerza normal N⃗⃗⃗), entonces la fuerza de contacto está relacionada con la fuerza
de roce y la normal mediante, el siguiente triángulo de fuerzas:
De aquí se tiene que:
𝑡𝑎𝑛𝜃 =
𝐹𝑟
𝑁
⇒ 𝐹𝑟 = 𝑡𝑎𝑛𝜃 · 𝑁
Por tanto, si el cuerpo está en movimiento o en movimiento inminente:
𝜇 = 𝑡𝑎𝑛𝜃 =
𝐹𝑟
𝑁
: coeficiente de roce estático o cinético
𝑵⃗⃗⃗
𝑭⃗⃗⃗ 𝒓
𝑹⃗⃗⃗
𝜽
Cuerpo en movimiento inminente o movimiento hacia la derecha

7. Donde 𝜃, es el ángulo que la fuerza de contacto forma con la recta normal a
la superficie.
Algunos coeficientes de roce seco:
MATERIAL μS
Madera sobre madera 0.7
Acero sobre acero 0.15
Metal sobre cuero 0.6
Madera sobre cuero 0.5
Caucho sobre concreto, seco 0.9
Un ejemplo de la importancia de las fuerzas de roce
Fuerzas de roce que intervienen en una rueda
Se pueden dividir en tres:
La fuerza de tracción es producida por el motor y genera el movimiento.
1. Las fuerzas de guiado lateral, responsables de conservar la direccionabilidad
del vehículo (es una fuerza de roce).
2. La fuerza de adherencia (es una fuerza de roce) depende del peso que
recae sobre la rueda.
3. La fuerza de frenado(es una fuerza de roce), que actúa en dirección
contraria al movimiento de la rueda. Depende de la fuerza de adherencia y del
coeficiente de rozamiento entre la calzada y la rueda.

8. La propiedad de la calzada, que se refiere a que sea más o menos
resbaladiza, se denomina "coeficiente de rozamiento". Un valor alto indica una
calzada con una superficie rugosa y poco resbaladiza, mientras que un valor bajo
es sinónimo de resbaladiza.
El coeficiente de rozamiento repercute en la fuerza de frenado y en la
distancia de frenado. Un ejemplo es la diferencia de frenar en asfalto seco o
mojado.
Además, un coeficiente de rozamiento bajo facilita que la rueda se bloquee
en una frenada, en hielo o nieve, por ejemplo. Esto provocaría que la rueda
bloqueada patine sobre la calzada, produciéndose el resbalamiento. El
resbalamiento (deslizamiento) varía en una escala del 0 al 100%, siendo el 0%
cuando la rueda gira libre y el 100% si está totalmente bloqueada.

9. EJERCICIO:
Determine la Fuerza necesaria para subir el Bloque A con velocidad constante si el
peso del mismo es wA=200N y μs=0,25; Desprecie el Peso de la cuña B, (sugerencia
haga diagrama de cuerpo libre y aplique ecuaciones).
∅ 𝑠 = 𝑡𝑎𝑛−1
𝜇 𝑠 = 𝑡𝑎𝑛−1
0,25
∅ 𝑠 = 11,31º
Por la ley del Seno:
Del triángulo de fuerza de la masa B:
𝑅2
𝑠𝑒𝑛78,69
=
𝐹
𝑠𝑒𝑛32,62
𝑅2 =
𝐹
𝑠𝑒𝑛32,62
𝑠𝑒𝑛78,69 [1]
Del triángulo de fuerza de la masa A:
F
Masa A
WA
R1
R2
R3
Diagramas de cuerpo
libre
R2
32,62
68,69
180º-32,62º-68,69º = 78,69º
90º-21,31º = 68,69º
78,69
21,31
57,38
90º-21,31º - 11,31º = 57,38º
101,31º
180º-21,31º-57,38º = 101,31º
Masa B
x
y
F10°
A

10. 𝑅2
𝑠𝑒𝑛101,31
=
𝑊𝐴
𝑠𝑒𝑛57,38
𝑅2 =
𝑊𝐴
𝑠𝑒𝑛57,38
𝑠𝑒𝑛101,31 [2]
De [1] y [2]:
𝐹
𝑠𝑒𝑛32,62
𝑠𝑒𝑛78,69 =
𝑊𝐴
𝑠𝑒𝑛57,38
𝑠𝑒𝑛101,31
𝐹 =
𝑊𝐴 · 𝑠𝑒𝑛101,31
𝑠𝑒𝑛57,38
·
𝑠𝑒𝑛32,62
𝑠𝑒𝑛78,69
𝐹 =
200𝑁 · 𝑠𝑒𝑛101,31
𝑠𝑒𝑛57,38
·
𝑠𝑒𝑛32,62
𝑠𝑒𝑛78,69
𝐹 = 128,004𝑁