¿Existe alguna interacción entre un objeto y una superficie que tenga un coeficiente de fricción cinética mayor que el estático?

Sí, habrá “interacción” y no habrá un comportamiento especial o no intuitivo (comportamientos que no pueden ser capturados por los modelos de fricción no lineales estándar).

Esta situación representa un caso donde [math] \ mu_s = \ mu_k [/ math]. En otras palabras, el coeficiente dinámico parecerá ser igual al coeficiente estático bajo observación experimental.

[La siguiente discusión se aplica solo a los modelos matemáticos simplificados y no tiene relevancia física.]



La imagen muestra el modelo de fricción coulombic estándar junto con el modelo de fricción no estándar que es el tema de esta pregunta. Las líneas gruesas rojas y azules representan los comportamientos del modelo de fricción estándar y los modelos de fricción no estándar, respectivamente.

Deje que la fuerza externa sobre el objeto sea [matemática] F_e [/ matemática]. El modelo matemático estándar de fricción obedece las siguientes reglas

Regla 1 – La fricción matemática siempre actúa contra la dirección del movimiento (o velocidad).

Regla 2 – La fricción sigue estas reglas de comportamiento.

(A) Para que el objeto se pegue: la velocidad del objeto debe ser cero y [matemática] F_e <F_s [/ matemática]

(B) Para que el objeto pase de pegarse a deslizarse – [matemáticas] F_e> F_s [/ matemáticas]

(C) Para que el objeto se deslice – [matemática] F_e> F_f [/ matemática]

(D) Para que el objeto pase de deslizarse a pegarse cuando [matemática] F_e <F_f [/ matemática] (la velocidad se aproxima a cero)

Obsérvese en la figura que desde [matemáticas] F_s> F_f [/ matemáticas] por definición, cuando [matemáticas] F_e> F_s [/ matemáticas], implica [matemáticas] F_e> F_f [/ matemáticas].

Ahora consideremos el escenario hipotético con [math] F_h [/ math] como la fuerza de fricción dinámica. Podemos ver que las condiciones constantes de deslizamiento y adherencia (Reglas 2.A y 2.C) no cambian. Siguen siendo los mismos que en el modelo estándar.

Pero tenga en cuenta que en el escenario hipotético, cuando [math] F_e> F_s [/ math], ahora tiene la posibilidad de que [math] F_h> F_e [/ math]. Esto implica que la transición de pegarse a deslizarse (o viceversa) ya no debería seguir las Reglas 2.B (o 2.D).

Cuando esta condición ([matemática] F_s <F_e <F_h [/ matemática]) es verdadera, el objeto intentará alejarse de la dirección en la que se aplica [matemática] F_e [/ matemática]; que es lo mismo que decir que intentará moverse en la dirección de [matemáticas] F_h [/ matemáticas] violando la Regla 1. Si suponemos que se mueve ligeramente en esa dirección, entonces cambiará la dirección de fricción. Este cambio de dirección continuará y el objeto no se habrá movido en absoluto hasta [math] F_e> F_h [/ math]: es entonces cuando pasará al estado deslizante.

Este proceso se invierte cuando realiza la transición del estado deslizante al estado deslizante.

Lo que esto significa efectivamente es que el escenario hipotético en esta pregunta es equivalente al siguiente modelo de fricción.

El problema con esta pregunta es que la fricción estática y la fricción cinética no son fuerzas fundamentales de ninguna manera, son nombres puramente fenomenológicos utilizados para explicar el comportamiento observado. “Fricción estática” es un término que usamos para describir el hecho observado de que, por lo general, se necesita más fuerza para poner en movimiento un objeto que para mantenerlo en movimiento una vez que lo hayas comenzado.
Y de hecho, su pregunta es incorrecta, no existe una superficie que tenga un coeficiente de fricción cinética mayor que el estático. ¿Qué significaría que la fricción cinética sea mayor que la fricción estática? Bueno, significaría que la fuerza requerida para mantener un objeto en movimiento sería mayor que la fuerza requerida para iniciarlo en movimiento. Lo que requeriría que la fuerza aumentara en el instante en que el objeto comenzó a moverse. Pero eso no tiene ningún sentido, experimentalmente: lo que vería en ese caso es que la fuerza aumentaría hasta el nivel requerido para mantener el objeto en movimiento, como si los coeficientes de fricción estática y cinética fueran exactamente iguales.
Entonces, el sentido común nos dice que el coeficiente de fricción estática nunca puede ser menor que el coeficiente de fricción cinética. Tener una mayor fricción cinética que estática simplemente no tiene ningún sentido en términos de los fenómenos que se describen.

No sé si esto es posible con fricción seca. Una interfaz lubricada tiene una tensión de corte viscosa que aumenta con la velocidad, por lo que podría actuar como un coeficiente de fricción creciente. Excepto que realmente no pensaría en eso como una fricción .

Mientras no entres en la semántica de arrastre vs fricción, el arrastre fluido calificará (ver la ecuación de arrastre), ya que la fuerza de arrastre es proporcional a la velocidad relativa. Si tiene una superficie cubierta de líquido que otro objeto está atravesando, esto se aplicará; esto es crítico, por ejemplo, en el concepto del acoplamiento de fluido que se encuentra en el corazón de muchas transmisiones automáticas.

Claro: si las superficies en movimiento provocan soldadura por contacto. La eliminación de óxidos debido al movimiento, por ejemplo, podría permitir que dos superficies se sometan a soldadura por contacto durante el movimiento mientras permanecen libres durante la carga estática.