¿Cuál es el coeficiente de fricción?

La fricción es la fuerza resistiva que produce calor generada por el movimiento de dos superficies de contacto una contra la otra. Es indirectamente el producto de una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas. La fricción de un sistema es imposible de predeterminar estrictamente a partir de los primeros principios teóricos. Matemáticamente, la expresión para fricción incluye una sola constante que incorpora todos los factores causales: un coeficiente de fricción (COF), simbolizado por la letra griega, μ. La ecuación se escribe simplemente f _x = μ _x F, donde f _x define la forma y la medida de la fricción, mientras que F es la fuerza perpendicular o "normal" ejercida por ambas superficies, una sobre la otra.

Todos los coeficientes de fricción son cantidades escalares adimensionales; los factores contribuyentes individuales resisten la explicación o cuantificación completa. La fuerza fundamental responsable de la mayor fricción es también la que permite la formación de enlaces químicos: la fuerza electrostática. En la consideración inicial, podría parecer que la gravedad es la fuente de fricción, ya que la fuerza hacia abajo debida a la gravedad es la fuente de la variable F. Sin embargo, en realidad, el coeficiente es una medida de la "adherencia" entre las dos superficies, y esto se determina a nivel microscópico por las cargas eléctricas que tienden a evitar el movimiento al "unirlas" entre sí. Tal unión es una característica de los adhesivos utilizados para cementar dos superficies juntas.

Que este es el caso está bien ilustrado por el polímero moderno, politetrafluoroetileno (PTFE). Mejor conocido bajo su marca DuPont ™, Teflon®, el PTFE exhibe solo las fuerzas electrostáticas de dispersión de Londres muy débilmente atractivas. Esto le da al PTFE un coeficiente de fricción entre los "tres primeros" conocidos, aproximadamente 0.05-0.10. Si el coeficiente de fricción fuera producto de la gravedad, la química de las superficies no importaría, y las sustancias que no serían tan económicamente importantes como lo son.

Hay formas de reducir la fricción sin, en cierto sentido, cambiar los materiales de los que están hechas las superficies. El coeficiente de fricción para un sistema puede reducirse efectivamente al proporcionar una capa delgada de lubricante. Alternativamente, a menudo es posible reducir la fricción insertando una capa de gas entre las superficies, lo que disminuye el peso aparente de la superficie en la parte superior y elimina defectos de fabricación, como la rugosidad de la superficie. El cambio en el peso efectivo disminuye la fuerza normal, mientras que la falta de defectos cambia el coeficiente de fricción; ambos matemáticamente reducen la fuerza de fricción resultante. Los ingenieros han utilizado el fenómeno de la capa de gas para desarrollar aerodeslizadores para viajar a través de las superficies terrestres y acuáticas.