¿Qué causa la fricción? ¿Por qué dos objetos que se frotan crean fricción? ¿Por qué el hecho de que dos superficies se toquen tiene algún efecto sobre la cantidad de fuerza requerida para mover cualquier superficie?

La fricción es un fenómeno clave en la física aplicada, cuyo origen se ha estudiado durante siglos. Hasta ahora, se ha entendido que la resistencia mecánica al desgaste y la lubricación de fluidos afectan la fricción, pero se desconoce el origen fundamental de la fricción por deslizamiento. La fricción tiene un efecto sustancial en muchos fenómenos cotidianos, como el consumo de energía.

El estudio de la fricción se conoce como tribología . Según una teoría reciente (publicada en 2012), la cantidad de fricción depende de la energía superficial de los materiales en cuestión. Esta nueva teoría es la primera en permitir el cálculo cuantitativo del coeficiente de fricción de los materiales.

La fricción se origina en contactos a nanoescala, como resultado de la formación de una nueva superficie. La teoría explica la generación de fuerza de fricción y calentamiento por fricción en contacto seco. Se puede aplicar para calcular el coeficiente de fricción de varias combinaciones de materiales.

El modelo también permite la manipulación de la fricción seleccionando ciertos materiales de superficie o materiales utilizados en capas de lubricación, en función de la energía de superficie entre ellos.

La fricción es la fuerza resistiva que actúa entre los cuerpos que tiende a oponerse y amortiguar el movimiento. La fricción generalmente se distingue por ser fricción estática (la fuerza de fricción que se opone a colocar un cuerpo en reposo en movimiento) y fricción cinética (la fuerza de fricción que tiende a ralentizar un cuerpo en movimiento). En general, la fricción estática es mayor que la fricción cinética.

La fuerza debida a la fricción cinética es generalmente proporcional a la fuerza aplicada, por lo que “un coeficiente de ficción cinética” se define como la relación entre la fuerza de fricción y la fuerza normal sobre el cuerpo.

El investigador fue el Dr. Lasse Makkonen, científico principal del Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia, la teoría de Makkonen sobre fricción deslizante se publicó en la revista AIP Advances del American Institute of Physics. La investigación fue financiada por la Academia de Finlandia y la Fundación Jenny y Antti Wihuri. Nueva explicación científica de la fricción.

Digamos, cuando desea mover un objeto, si la fuerza aplicada sobre un objeto es igual a la fuerza de fricción, o cuando la fuerza de fricción equilibra la fuerza aplicada, se conoce como fricción estática . El objeto todavía está en reposo. No pasa nada.

Luego, cuando aumenta la fuerza aplicada, la fricción también aumenta y alcanza un punto donde el objeto comienza a moverse; Esto se conoce como fricción limitante.

Una vez que el objeto comienza a deslizarse o moverse, la fuerza de fricción disminuye. Por lo tanto, la fuerza requerida para mantener el cuerpo en movimiento constante es menor que la fricción limitante, la fuerza necesaria para comenzar a moverse. Esta fuerza de fricción presente cuando el objeto en cuestión está en un estado de movimiento estable se conoce como fricción cinética o fricción dinámica.

La fricción tiene varios orígenes, y eso es lo que hace que sea difícil de entender. Se produce algo de fricción porque las superficies son bastante rugosas, a escala microscópica, y tienden a engancharse entre sí. Cierta fricción surge debido a la atracción microscópica de los átomos hacia otros átomos; ese efecto es el electromagnético al que te refieres. Es por eso que se experimenta una de las mayores fricciones cuando se tocan dos superficies muy lisas.

La pregunta es demasiado simple para responder. Sugiero reformular la pregunta como ¿qué es la fuerza de fricción y cómo podemos entenderla en el sentido de la física?

En física, la fuerza de fricción describe la fuerza resistiva que un objeto sólido, cuya superficie está en contacto con otra superficie sólida, encuentra cuando tiene la intención de iniciar un movimiento o durante el movimiento. El primero se llama fricción estática, el segundo se llama fricción cinética. En términos generales, la fuerza resistiva entre la interfaz de diferentes materias en cualquiera de los tres estados (gas, líquido y sólido) puede verse como fricción.

Aquí, sin embargo, solo debemos centrarnos en la fricción rígida, no lubricada, de sólido a sólido, ya que es probablemente la parte más manejable y más simple de todo el reino de la tribología que se puede recortar en los párrafos limitados.

Para una interfaz súper suave donde la hendidura entre las superficies está en nanoescala (puede ver la estructura cristalina bien alineada bajo el microscopio para cualquier superficie), la fuerza de fricción dominada por la fuerza de Coulomb. La dinámica de la fuerza de fricción puede explicarse por el modelo de Coulomb.
Página en dymoresolutions.com

Fig.1 Superficie de suavidad a nivel atómico
Imagen topográfica STM de la superficie de Si (111)
Yuko Yamamoto
Unisoku Co., Ltd.
http://nanoscore.de/wp-content/u

Para la superficie cruda donde la fisura entre las superficies es mucho mayor que la escala atómica, la influencia de la fuerza de Coulomb es insignificante en comparación con la energía de deformación y desgaste de la superficie. Los procesos detienen o ralentizan el movimiento de un objeto porque requiere trabajo para eliminar una fracción de material de su sustrato, deformar plásticamente las crestas de la superficie o reorganizar la alineación de los átomos. Para la fricción macroscópica, la causa suele ser la combinación de todos ellos. Por lo tanto, el valor de la fuerza de fricción seca macroscópica (no lubricada) está determinada por las propiedades del material de la superficie, el estado del entorno, la fuerza normal aplicada y el área de contacto real y su geometría de la interfaz.

Fig.2 La fricción está dominada por el desgaste del material más blando entre las superficies en bruto.
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El gran número de factores participantes hace que ya no sea pragmático intentar escribir una ley macroscópica de fricción seca que sea de aplicación universal. No significa que no lo entendamos. Es solo que no podemos generalizar la teoría de la fricción tan amplia como otras leyes físicas famosas. Tenemos el conocimiento suficiente para hacer una predicción cualitativa de las características de la fricción entre dos superficies si las superficies no están locamente sucias y sucias. Por otro lado, hay innumerables cosas que no entendemos debido a las causas complejas del problema. No tenemos un modelo microscópico de la fricción de la cinta adhesiva, ni un buen modelo para la dinámica del deslizamiento de fallas que pueda ayudarnos a predecir el inicio de un terremoto.
Cuando el desgaste y la fricción no son deseados, generalmente podemos usar lubricantes u otro diseño mecánico para minimizar la fricción. Esa es otra razón por la cual la importancia de la fricción a menudo se descuida y, por lo tanto, se estudia poco.

En términos simples, cuando dos superficies se frotan, en el nivel elemental, las nubes de electrones se arrastran entre sí y los campos de fuerza asociados atraen electrones más allá de sus zonas estables con una fuerza F sobre una distancia s. Después de un momento, el electrón se suelta y vuelve a la nube más cercana, que puede ser de donde vino, o una adyacente. Su energía aumenta en E = F x s. La energía extra da como resultado una mayor energía cinética del electrón, las aceleraciones resultantes de la misma hacen que se emitan más fotones. Reconocemos esto como calor. Conversión directa de fuerza mecánica en calor.

Si las dos superficies son ásperas, la abrasión áspera dará como resultado que algunas de las asperezas se rompan mecánicamente y se separen de la superficie principal, completa con sus nubes de electrones que no están tan distorsionadas, por lo que los electrones a los que no se les confiere tanta energía extra. Esta es la razón por la cual la abrasión de las superficies rugosas no producirá el mismo aumento de calor que la fricción suave, todo lo demás es igual. Simplemente producen una gran cantidad de polvo y similares, algunos de los cuales pueden actuar como lubricantes, disminuyendo la fricción.

¿Por qué las nubes de electrones distorsionan las nubes adyacentes que pasan? En realidad no lo hacen, para ser más correctos, son los campos L de los electrones los que atraen y arrastran, porque sí atraen.

Para explicar, un electrón es una carga negativa rodeada por un campo cautivo complejo e, llamado campo L. Los campos L poseen un campo de fuerza y, al igual que los campos L, se atraen, lo contrario de las fuerzas de Coulomb. De ahí el arrastre / distorsión. La emisión de electrones es en realidad de los campos L durante la aceleración de la aceleración de electrones. Cuanto mayor es el retroceso de los electrones, más se genera el calor.

Es un poco como una banda de goma. Aplíquele una fuerza externa y se recuperará con mayor energía proporcional a la fuerza y ​​la desviación aplicadas. Nada de magia al respecto.

Si no acepta la noción de campos L, y piensa que un electrón es una carga puntual sin gravámenes, estudie textos y explique cómo funcionan las comunicaciones: radio. TV y demás trabajo.

Recuerde que los electrones se mueven a unos 15 Ghz, por lo que el proceso de distorsión y retorno es casi instantáneo, pero el efecto es acumulativo y real.

Hemos leído (en las otras respuestas) cosas buenas sobre las fuerzas atómicas entre las dos superficies.

Aquí voy a dar un ejemplo simple que indica que puede existir un mecanismo de fricción adicional que llamo “fricción oscilante arriba-abajo de origen mecánico clásico” incluso en el contexto de cuerpos perfectamente rígidos, deslizándose horizontalmente uno encima del otro (en la gravedad campo), en el contexto de la mecánica clásica, siempre y cuando haya algún otro mecanismo de fricción “plano más fino” u otro mecanismo disipativo. Este efecto aumentará la disipación general (fricción).

Imagine que toma una tabla larga y comienza a apilar marcadores de pizarra cilíndricos, en contacto entre sí. Luego haces un segundo tablero de este tipo. Pones una tabla plana, volteas la otra tabla encima de tal manera que los marcadores de la tabla superior caen entre los marcadores adyacentes de la tabla inferior.

Ahora, intente empujar el tablero superior verticalmente (suponga que pegó el tablero inferior al piso). Que es lo que va a pasar? El tablero superior puede deslizarse sobre el inferior, mientras se mueve ligeramente hacia arriba y hacia abajo (su rango de arriba hacia abajo es una fracción [matemática] \ sqrt {3} / 2 [/ matemática] del diámetro de los marcadores). Ahora, para hacerlo subir, inviertes trabajo, para comprarte energía cinética. ¿Qué sucede cuando llegas al punto más alto? más allá, comienza a deslizarse hacia abajo, y ahí es donde la fricción plana de escala más fina actúa como un amortiguador, y luego nuevamente los dos conjuntos de marcadores se intercalan y usted está en la parte inferior y así sucesivamente …

Hace mucho tiempo quedé perplejo por esto también. Es una gran pregunta

1) Antes de responder directamente, le ofrezco como una forma de enmarcar el tema un argumento de necesidad . Actualmente, los científicos creemos que las fuerzas en el universo se componen solo de gravitación, fuerzas nucleares débiles y fuertes y fuerzas electromagnéticas, ver https://en.m.wikipedia.org/wiki/
Los nucleares son, bueno, nucleares, no operan de manera considerable a escala macro. La gravedad no puede ser la culpable porque las superficies resbaladizas y las superficies rugosas perciben la gravedad por igual pero se comportan de manera diferente. Eso deja electromagnético o implica que todos los científicos son aburridos y no comprenden que su lista de fuerzas no puede explicar cuál es posiblemente la fuerza diaria más común, principalmente la fricción. En otras palabras, si alguna fuerza explica la fricción, ¡debe ser electromagnética! Otro indicio de que la fuerza EM está en juego aquí es el hecho de que puedes generar electricidad estática frotando cosas juntas.

2) La segunda y más probatoria es que los electrones generan, en reposo, campos eléctricos y surgen fuerzas electromagnéticas cuando los electrones se aceleran. Entonces, cuando mueves un objeto inicialmente en reposo, los electrones experimentan una fuerza. Cuando están estacionarios, también experimentan la fuerza de otros electrones. Cualquier materia que entre en contacto con la materia tiene electrones que experimentan fuerza. Es precisamente esta fuerza la que causa la fricción. Por cierto, la fuerza eléctrica es mucho mayor que la gravedad, la atracción de masa entre los electrones y los átomos a los que están unidos por la gravedad es insignificante. Incluso el calor hace que los electrones se aceleren y en el proceso emitan partículas de luz. ¡Estos fotones son absorbidos por otros electrones que luego se aceleran, por lo que el calor también se trata de las fuerzas EM!

3) finalmente, como otros escritores que respondieron a esta pregunta señalan que el principio de exclusión, que no permite que dos electrones ocupen el mismo nivel cuántico, juega un papel importante aquí. ¡Dejaré que otros debatan si la exclusividad es una fuerza o una restricción para las fuerzas!

La respuesta a esta pregunta se explica claramente en la respuesta de Frank Heile a ¿Es el principio de exclusión de Pauli o las fuerzas electrostáticas las que explican por qué no caigo al suelo? . Es el principio de exclusión de Pauli el responsable de la estabilidad de la materia y también es responsable de que dos objetos puedan ejercer una fuerza de contacto entre sí. Como explico en esa respuesta, en detalle, si los electrones fueran bosones en lugar de fermiones, entonces, en contacto entre dos objetos, los objetos se unirían entre sí de forma inmediata y explosiva y el resultado final sería un objeto de densidad mucho más alta que los dos objetos originales (y ya densos). Los objetos macroscópicos colapsarían rápidamente a densidades de estrellas de neutrones, y estas densidades solo serían sostenidas debido a la fuerza de exclusión de Pauli entre los neutrones y los protones de los núcleos. Vea la respuesta de Frank Heile a ¿Es el principio de exclusión de Pauli o las fuerzas electrostáticas las que explican por qué no caigo al suelo? para todos los detalles

A nivel molecular: debido a las fuerzas de Coulomb cuando las superficies se deslizan unas sobre otras. También asociaría esto con la fricción

Cuando los objetos se deslizan o ruedan, las moléculas de ambos objetos se atraen entre sí y, por lo tanto, los objetos que se deslizan o ruedan se desaceleran.

Con la fricción en los fluidos esto es diferente. Allí puede argumentar que necesita mover el fluido (los fluidos en física incluyen gases) antes de avanzar más. Debido a que esto requiere esfuerzo (trabajo), parte de la energía se usa para mover el fluido.

Entonces, al toparse con el fluido, también se desacelera.

La fricción es difícil de explicar desde los primeros principios sin tener en cuenta el principio de exclusión de Pauli. Si bien las fuerzas electrostáticas pueden mantener las cosas juntas, el principio de exclusión, no una fuerza, es lo que las mantiene separadas. La fuerza de fricción emerge de las deformaciones microscópicas en las superficies de contacto que absorben y liberan energía contenida en las moléculas que participan en el contacto.

Página en http://www.fz-juelich.de

Una buena manera de definir una fuerza es el intento de un sistema de deshacerse de la energía (específicamente:
, que es elegante hablar de “cosas cuesta abajo”). Si los átomos están demasiado juntos, algunos electrones se encuentran en estados de alta energía, y si los átomos están un poco más separados, esos electrones estarán en estados de menor energía. Entonces, hay una fuerza que empuja a los átomos lejos uno del otro, una vez que se acercan mucho.

http://www.askamathematician.com

La fuente de las fuerzas finales de” volumen excluido “es completamente mecánica cuántica: es el hecho de que los electrones son fermiones, por lo tanto (este es el principio de exclusión de Pauli) no puede ocupar el mismo volumen sin estar en diferentes estados de energía. Si intentas empujar los electrones orbitales de dos átomos al mismo volumen de espacio, la mayoría de los electrones necesitarán ser promovidos a estados de energía mucho más altos. El requisito de una gran cantidad de energía para acercar los átomos es lo que interpretamos como una fuerza. Podría llamarlo una fuerza de “exclusión”, porque proviene del principio de exclusión – “

La fricción tiene muchas causas. Pero el factor principal más común es la rugosidad de dos superficies que interactúan (sin embargo, el magnetismo podría expresarse como “fricción”, pero no es lo que la gente comúnmente piensa como fricción). La gravedad une las cosas, pero en la mayoría de los ejemplos, ambas superficies se tiran hacia la tierra. Esto a menudo no importa mucho para la superficie ‘inferior’, pero sí para la superficie superior.

Imagine la superficie inferior como una carretera cincelada y la superficie superior como una tabla con puntas en la parte inferior. Si intentas deslizar este tablero o empujarlo, notarás una gran cantidad de fricción. La espiga cae en las grietas del camino y si solo ejerces una fuerza horizontal, se necesita mucha fuerza para moverla hacia adelante porque las espinas empujan contra las paredes de las grietas.

Lo mismo sucede con las ruedas de los automóviles, aunque, por supuesto, es menos exagerado a menos que conduzca un automóvil punk’d a través de una carretera desolada en el desierto. Es por eso que las ruedas tienen ranuras y un patrón en zigzag. Esto les da agarre en todas las direcciones. Hay un punto dulce para la eficiencia. Demasiada interacción (fricción) y la mayor parte de la fuerza se desperdicia tratando de sacar la rueda de los pequeños baches de la carretera. Muy poca interacción y girar la rueda prácticamente no tendrá efecto (el automóvil permanecerá en movimiento a altas velocidades en el vacío, pero será muy difícil de acelerar).

Un objeto en el vacío que es difícil de acelerar también será difícil de ralentizar. Pero si ese objeto fuera fácil de ralentizar, también sería fácil de acelerar, sin embargo, se necesitaría mucha energía para contrarrestar la fuerza que está tratando de ralentizarlo.

Por supuesto, tienes muchos más tipos de fricción. La fricción del aire también es muy común. Sin embargo, esa es bastante intuitiva. Las partículas interactúan y se presionan entre sí, por lo que es difícil ejercer más presión. La idea subyacente es prácticamente la misma, pero la ejecución es muy diferente ya que estamos lidiando con muchas partículas en movimiento libre (en el aire).

Si desea la definición del diccionario de fricción, aquí está:

fricción
ˈFrikSH (ə) n /
sustantivo
La resistencia que encuentra una superficie u objeto cuando se mueve sobre otra.
La acción de una superficie u objeto frotándose contra otra.

conflicto o animosidad causada por un choque de voluntades, temperamentos u opiniones.

En física, la fricción es una fuerza que resiste el movimiento de dos objetos que están en contacto entre sí. Es causado por muchas cosas, pero básicamente es causado por la aspereza de las superficies que se tocan. Convierte la energía cinética de los objetos que se tocan entre sí en otras formas de energía, como calor y sonido, o simplemente evita que los objetos se deslicen entre sí.

Las causas de la fuerza de fricción resistiva son la adhesión molecular, la rugosidad de la superficie y el efecto de arado. La adhesión es la fuerza molecular resultante cuando dos materiales se ponen en contacto cercano entre sí.

Cuando dos superficies entran en contacto, se tocan; en un nivel microscópico, simplemente hablando, los átomos de ambas superficies entran en contacto, lo que provoca una fuerza de atracción entre las dos superficies. y mientras tratamos de mover una superficie sobre otra, necesitamos superar esta fuerza que llamamos fricción.
Además de esto, cada superficie es rugosa cuando verificamos a nivel microscópico. Esta es otra razón que da lugar a la fricción. Mira la figura, espero que lo consigas.

Las sustancias tienen afinidad entre ellas. Lo más común es la gravedad, las cosas con masa se atraen entre sí en proporción proporcional a su distancia. Otra atracción es la electricidad, que también es inversamente proporcional a la distancia. Estas interacciones inhiben la capacidad de los objetos de moverse continuamente mientras se interactúa con ellos. También existe una rugosidad de microescala que mide que una superficie podría inhibir directamente la capacidad del objeto de moverse a lo largo de ella.

La fricción está en todas partes, sin ella su automóvil no se movería y no podríamos caminar como lo hacemos. ¿Alguna vez has intentado caminar o conducir sobre hielo? Menos fricción no ayuda al movimiento.

Para esto debes mirar a nivel microscópico. Incluso la superficie más lisa que se haya visto, tiene una topografía muy desigual a escala atómica. Entonces, cuando dos superficies entran en contacto, sus superficies irregulares tienden a evitar el movimiento general del objeto.

La fricción, en general, funciona en la dirección opuesta a la dirección del movimiento relativo .

Muy bien, tengo la respuesta.
Tenemos que bajar a un nivel microscópico.
Las superficies en contacto tienen átomos que se tocan. Ahora puede ver, puede parecer que ambas superficies son lisas y simplemente se tocan entre sí, pero eso no es así porque la capa atómica externa de la superficie no es lisa sino inmensamente irregular.
¡Esta irregularidad microscópica hace que las superficies de contacto perceptivo se unan entre sí, al igual que un accesorio Welcrow, pero solo a nivel atómico!
Ahora, cuando intentas mover las superficies, se produce una repulsión electromagnética interatómica, que causa calor, esto se llama fricción.

Para saber, ¿qué causa la fricción? Primero debes saber qué es la fricción. Entonces, surge la pregunta de qué es la fricción. La fricción es la fuerza aplicada en la dirección opuesta a la dirección del movimiento relativo. Cuando la superficie de un objeto interactúa con otro objeto, la fuerza que está causando entre ellos causa fricción. Además, la fricción puede ser causada debido a http://surface.as áspero, ya que aumenta el coeficiente de fricción. En segundo lugar, debido a la fuerza normal (tenga en cuenta que el punto N no siempre es mg, como mucha gente piensa)

Otro, ángulo entre la dirección del movimiento y el objeto como la relación sugiere Fuerza (friccional) = coeff * fuerza normal.

Cualquier consulta por favor pregunte.

Gracias.

La fricción es una fuerza que se opone al movimiento de un objeto contra otro. Se origina a partir de fuerzas electromagnéticas y fuerzas de intercambio entre átomos y moléculas.
Todo es duro a una escala lo suficientemente pequeña. Cuando estas partes ásperas se muelen una contra la otra, algo debe moverse, ya que cada fuerza resulta en movimiento.

Cada átomo / molécula en un cuerpo tiene una ubicación definida y una dirección relativa con sus vecinos. Sus campos externos (distorsión) se neutralizan completamente solo en este estado estable. Considere dos cuerpos, con superficies muy lisas, en contacto. Las moléculas / átomos en ambos lados de la superficie de contacto tienden a realinearse entre sí y alcanzar un estado estable de alineación media. [En algunos materiales, esta realineación produce potencial de contacto]. El enlace, formado entre átomos / moléculas a través de la superficie de contacto depende de la presión de contacto. El movimiento relativo entre los cuerpos solo puede tener lugar al romper este vínculo. La oposición que se siente durante el movimiento relativo de los cuerpos se llama fricción. Para detalles, ver: capítulo 17 de ‘MATERIA (reexaminada)’.

Hay principalmente dos vistas que tratan sobre por qué surge la fricción entre dos superficies. No he entrado en tecnicismos profundos aquí, pero este es el concepto básico.

  1. Por muy suave que parezca una superficie, es probable que tenga irregularidades y protuberancias diminutas a nivel microscópico . Estas irregularidades y protuberancias tienden a enclavarse con las protuberancias e irregularidades de la superficie sobre ella y actúan como una fuerza opuesta . Esto es lo que llamamos fricción.
  2. Todos los objetos están hechos de átomos. Los átomos tienden a atraerse entre sí. Esta atracción da lugar a la inercia del descanso y para cambiar su condición, debemos aplicar una fuerza externa. La idea es que es esta atracción la que se manifiesta como fricción.