La fricción tiene leyes que desafían a la intuición

Un operario de mudanzas mueve un pesado arcón sobre un suelo de cemento y de repente se le ocurre una idea. Si apoya el arcón sobre un lado, la superficie en contacto con el suelo será menor, de forma que habrá menos resistencia de fricción. Muy contento, cambia la posición del arcón y se da cuenta de que el esfuerzo que debe hacer es el mismo.La fricción es algo extraño. Como muestra este caso, a menudo desafía a la intuición. El operario ha descubierto la ley de Amonton, que dice que la fuerza de fricción que se opone al movimiento de un objeto es independiente de su área de contacto con el suelo, y que es conocida desde el siglo XVII.

Ahora el operario llega a un lugar en el que el cemento, en vez de presentar una superficie rugosa, ha sido peinado en surcos. Con alivio, espera que la regularidad de la superficie haga más fácil su trabajo. Pero no, cuando llega a los surcos, todavía tiene que hacer más fuerza. Este segundo fenómeno que se opone a la intuición ha sido comprobado por científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge de EE UU, que publican sus resultados en la revista Physical Review E de mayo. Muestran que una superficie rugosa y desordenada puede inducir menos fricción que una con protrusiones regularmente espaciadas.

A saltos

Uno de los comportamientos más comunes cuando una superficie seca se desliza sobre otra es que el movimiento se produce como una serie de pequeños saltos. Este movimiento a menudo ocurre a una velocidad demasiado alta como para detectarlo pero se puede oír muy a menudo: es el movimiento de una tiza sobre una pizarra o de una cuerda de violín bajo el arco.

A pesar de los saltos, este tipo de movimiento produce una velocidad de deslizamiento más o menos constante que aumenta cuando la fuerza de fricción disminuye. Los científicos han calculado el deslizamiento sobre superficies que presentan surcos periódicos (a la misma distancia) o dispuestos al azar -de forma similar a la diferencia entre un disco de vinilo y un papel de lija fino-. Encuentran que la velocidad media de deslizamiento puede ser al menos tres veces mayor en una superficie desordenada que en una ordenada.

Los investigadores no movieron grandes pesos sino que hicieron los experimentos a escala atómica. Depositaron capas muy finas de oro sobre una superficie lisa de cuarzo a dos temperaturas diferentes. Ambas películas eran rugosas, en el sentido de que tenían valles y colinas de dimensiones atómicas, pero la película realizada a menor temperatura era más desordenada que la otra. Sobre el oro depositaron después una capa de criptón, y midieron la fuerza de fricción de éste. La película de criptón se deslizaba mucho mejor sobre la película desordenada de oro que sobre la película ordenada.

La forma en que las superficies sólidas se deslizan una sobre otra es vital para muchas áreas de la tecnología, tales como el deslizamiento de las cabezas de lectura de datos sobre discos magnéticos y la fabricación de micromáquinas. Esta investigación muestra cómo el desorden podría utilizarse para modular las propiedades de fricción con destino a aplicaciones particulares.

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