Leonardo Da Vinci, reconsiderado en su vigente teoría de la fricción
Un nuevo estudio sobre la fricción con alta tecnología ha puesto reparos a principios vigentes establecidos por Leonardo da Vinci hace cinco siglos: que la fricción es porporcional a la fuerza normal.
La fricción es responsable de aproximadamente el veinte por ciento del consumo de energía mundial. La razón principal de esto es que las fuerzas de fricción ralentizan el movimiento de las superficies en contacto, por ejemplo, las partes móviles del motor de un automóvil.
Hace más de quinientos años, Leonardo da Vinci fue la primera persona en estudiar la fricción sistemáticamente. Muchos ingenieros siguen utilizando el principal resultado de Da Vinci en la actualidad: la fricción es proporcional a la fuerza normal. Es decir: cuando dos objetos se presionan juntos el doble de duro, la fricción también se duplica.
Investigadores del Instituto UvA de Física, el Instituto UvA Van’t Hoff para Ciencias Moleculares, el Centro de MicroTribología TC en Friburgo y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe han estudiado esta proporcionalidad entre la fricción y la fuerza normal más de cerca, utilizando moléculas que producen luminiscencia bajo presión.
Al entender la fricción, el concepto de rugosidad superficial juega un papel crucial. En una escala molecular, casi todas las superficies son ásperas: de cerca, una superficie semejante a un paisaje montañoso. La fricción solo surge en los lugares donde las cumbres más altas de las dos superficies deslizantes se tocan entre sí.
Para estudiar este proceso en detalle, los investigadores diseñaron un experimento modelo donde una superficie esférica rugosa se puso en contacto con una superficie de vidrio plana. La característica especial de este experimento fue que se añadió una sola capa de moléculas de colorante sensibles al contacto a la superficie del vidrio, explica la Universidad de Amsterdam en un comunicado.
Estas moléculas emiten luz fluorescente cuando se les aplica presión. Esto permitió a los investigadores trazar con precisión dónde la superficie esférica rugosa tocó la superficie del vidrio plana y cómo cambió el contacto cuando se aplicó más presión.
Cuando se aplica una fuerza (presión) normal más grande, las “cimas de las montañas” en la superficie esférica se aplanan más, lo que da como resultado un área de contacto más grande entre la esfera y la placa de vidrio.
La interpretación habitual de la proporcionalidad de Da Vinci entre la fricción y la fuerza normal es que ambas fuerzas son proporcionales a esta área de contacto: la aplicación de dos veces la presión da como resultado el doble del área de contacto y, por lo tanto, el doble de fricción.
Varias teorías predicen la relación entre el área de contacto y la fuerza normal, pero hasta ahora estas teorías no pudieron ser probadas con alta precisión.
Los investigadores ahora muestran que las teorías existentes son insuficientes: la fricción es proporcional al área de contacto, como se esperaba, pero el área de contacto no es proporcional a la fuerza normal.
Los resultados de la investigación muestran que una mejor comprensión de la fricción requiere cambios en los modelos existentes, de modo que se pueda reproducir la relación medida entre el área de contacto y la fuerza normal. Los resultados han sido publicados esta semana en Nature Communications.
Fuente: europapress.es
No hay comentarios:
Publicar un comentario