Fricción y tribología
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Questions and Answers

La fricción es independiente del área de contacto.

True (A)

Guillaume Amontons afirmó que la fuerza de rozamiento es proporcional al área de contacto.

False (B)

Leonardo da Vinci creía que la resistencia de fricción es igual al peso del cuerpo.

False (B)

El Codex Atlanticus es un trabajo de Leonardo da Vinci que trata sobre fricción.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La historia de la tribología comenzó en el siglo XIV.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La fricción es causada por pequeñas irregularidades cuadradas en las superficies.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La resistencia de fricción es proporcional al peso del cuerpo.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Los animales muertos han sido utilizados históricamente como un tipo de lubricante.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

El coeficiente de fricción se define como µ = F / W.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

El área de contacto en fricción es la suma de pequeñas micro-áreas.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

El estrés límite de cizalladura en metales es igual al estrés uniaxial.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

El fenómeno llamado Work Hardening incrementa los coeficientes de fricción entre metales.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La presión de contacto disminuye cuando el área real de contacto aumenta.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Cuando se inicia el deslizamiento, la fuerza de cizalla es siempre menor que la normal.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La teoría del contacto elástico-plástico se aplica en el estudio de la fricción.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La máxima presión de contacto se representa como $P_{i-max} = \frac{6W E}{\pi R^2}$.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

El crecimiento de uniones entre superficies en contacto no afecta la fricción.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

El flujo de material en la interfaz entre dos superficies en movimiento puede aumentar la superficie en contacto.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La tercera ley de la fricción indica que a mayor presión de contacto, el área real de contacto disminuye.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

En cizalladura pura, la fuerza de cizalla se puede calcular mediante la fórmula F = (σy * A) / 2.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Para modelar el área de contacto en fricción, se utiliza la geometría clásica en lugar de la teoría de Hertz.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

El área de contacto puede ser considerada como una única superficie en el análisis de fricción.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La relación entre F tangencial y la normal se expresa por el coeficiente de fricción.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La presión contacto puede expresarse como $P_i = \frac{3\pi W R}{4E^*}$.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Los coeficientes de fricción en materiales cerámicos son más altos que en metales.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

En los materiales cerámicos, los mecanismos de deformación son muy activos.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La formación de grietas puede ser un mecanismo relevante de fricción en materiales cerámicos.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Los mecánicos de adhesión en materiales cerámicos son más activos que en metales.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Las capas de óxido en materiales cerámicos tienden a aumentar el coeficiente de fricción.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Los materiales cerámicos tienen un coeficiente de fricción que puede variar entre 0,2 y 0,8.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Los materiales metálicos presentan coeficientes de fricción similares a los de los materiales cerámicos.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La dificultad para formar enlaces en materiales cerámicos influye en sus propiedades de fricción.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La fricción en materiales cerámicos se comporta de manera similar a la fricción en materiales metálicos.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La estabilidad de la capa de óxido superficial influye en la fricción de los materiales metálicos.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

El concepto de ‘área real de contacto’ es irrelevante en el estudio de la fricción.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Los fenómenos de fricción y desgaste son considerados simples en la investigación tribológica.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La tribología estudia únicamente los fenómenos de fricción en el agua.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La fricción en materiales cerámicos no se ve afectada por la temperatura.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

La velocidad influye en el comportamiento de la fricción en cerámicos.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

La humedad es irrelevante en la triboquímica de materiales cerámicos.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

El estudio de dinámica molecular ayuda a entender la interacción de las moléculas de agua en materiales cerámicos.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

El término 'triboquímica' se refiere a la química de la fricción.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

El nitrógeno es la base de las cerámicas mencionadas en el estudio de triboquímica.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Los efectos ambientales no afectan la fricción en materiales cerámicos.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Las simulaciones permiten predecir el comportamiento de los materiales cerámicos durante el periodo de rodaje.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Lubricación con animales muertos

El uso de animales muertos como lubricantes, debido a su naturaleza gelatinosa-viscosa, aprovechaba su capacidad de lubricación al ser aplastados.

Principios de fricción de Leonardo da Vinci

La fricción es independiente del área de contacto. La resistencia a la fricción es proporcional a la carga aplicada (peso del cuerpo).

Ley de Amontons sobre la fricción

La fuerza de fricción es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque. La fuerza de fricción no depende del área aparente de contacto.

Fricción estática vs dinámica

La fricción estática (µest.) es diferente a la fricción dinámica (µdin.).

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Teoría de Euler sobre la fricción

La fricción se origina por pequeñas irregularidades triangulares en las superficies en contacto.

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Presión

La cantidad de fuerza aplicada sobre una superficie.

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Área de contacto

El tamaño de la superficie sobre la que se aplica una fuerza.

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Fricción

La fuerza que se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto.

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Área de contacto real

El área real de contacto entre dos superficies es mucho menor que el área aparente debido a las irregularidades de las superficies.

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Relación entre presión y área de contacto

El área de contacto entre dos superficies aumenta a medida que aumenta la presión aplicada.

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Teoría del contacto elástico-plástico

Una teoría que explica cómo se comporta el material sólido bajo presión.

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Modelo de contacto real

La forma en que se modela el área de contacto real entre dos superficies.

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Presión de contacto

La fuerza que se opone al movimiento relativo entre dos superficies en contacto, se calcula al dividir la fuerza aplicada por la superficie de contacto.

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Dúctilidad en metales FCC, BCC y HCP

Los materiales FCC, BCC y HCP muestran diferentes comportamientos de fricción debido a sus estructuras cristalinas. Los metales FCC (como el cobre) suelen tener una mayor ductilidad y un menor coeficiente de fricción. Los metales BCC (como el hierro) pueden ser menos dúctiles y tener un mayor coeficiente de fricción. Los metales HCP (como el zinc) tienden a tener una ductilidad intermedia.

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Fricción en metales vs. cerámicos

El coeficiente de fricción en los materiales cerámicos suele ser menor que en los metales debido a la menor formación de enlaces y la resistencia a la deformación. La formación de grietas puede jugar un papel importante en la fricción de los materiales cerámicos.

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Influencia de las capas superficiales en la fricción de los materiales cerámicos

La presencia de capas de óxido, hidratación o absorción de moléculas puede afectar el coeficiente de fricción de los materiales cerámicos. Estas capas actúan como lubricantes, disminuyendo la fricción.

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Formación de grietas en la fricción de materiales cerámicos

En los materiales cerámicos, la formación de grietas puede ser un mecanismo importante de fricción. La resistencia a la deformación de estos materiales puede generar grietas que se propagan, aumentando la fricción.

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Efecto de la carga en la fricción de materiales cerámicos

La carga aplicada a los materiales cerámicos puede influir en el coeficiente de fricción. Con el aumento de la carga, la probabilidad de formación de grietas también aumenta, lo que puede aumentar el coeficiente de fricción.

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Ley de fricción

La fuerza de fricción (F) es directamente proporcional a la fuerza normal (W) aplicada sobre la superficie.

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Coeficiente de fricción (µ)

Una medida que relaciona la fuerza de fricción (F) con la fuerza normal (W) aplicada sobre la superficie.

µ = F / W

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Endurecimiento por trabajo (Work Hardening)

El proceso de aumento de la resistencia de un material debido a la deformación plástica.

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Fricción en metales

La fricción entre superficies metálicas, donde las uniones se fortalecen a medida que los materiales entran en contacto.

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Criterio de Tresca

La fuerza de cizalladura (F) necesaria para que un material comience a deslizarse es proporcional a la superficie en contacto (A) y al límite elástico a la tensión (σy).

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Modelo Tabor

La superficie de contacto entre dos materiales aumenta sin que aumente la fuerza normal aplicada.

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Crecimiento de las uniones

El proceso de aumento de la superficie de contacto entre dos materiales en movimiento sin aumentar necesariamente la fuerza normal. Este es un fenómeno que contribuye a la fricción entre metales.

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Fricción en metales: Experiencia vs Teoría

La fuerza de fricción en los metales es generalmente mayor que la que se predice por el criterio de Tresca debido al endurecimiento por trabajo y al crecimiento de las uniones.

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Tribología: ¿Qué estudia?

La tribología es el estudio científico de la interacción entre superficies en movimiento relativo, incluyendo la fricción, el desgaste y la lubricación.

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Fricción y área de contacto

La fricción depende del área de contacto real. Las irregularidades de las superficies, que se deforman al aplicar una fuerza, determinan el área de contacto real.

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Fricción en metales: ¿Qué influye?

La fricción en metales depende de la formación y estabilidad de la capa de óxido en la superficie. Esta capa puede actuar como lubricante o aumentar la fricción.

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Ley de Amontons: Fricción y carga

La resistencia a la fricción es proporcional a la carga aplicada. Esto significa que a mayor fuerza, mayor fricción.

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Fricción en cerámicos y polímeros

La fricción en materiales cerámicos y poliméricos presenta comportamientos particulares. La naturaleza de estos materiales y su respuesta a la temperatura y la carga influyen en la fricción.

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Efecto de la Temperatura en la Fricción de Cerámicos

La fricción en materiales cerámicos se ve afectada por la temperatura, lo que influye en la formación de la tribocapa.

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Efecto de la Velocidad en la Fricción de Cerámicos

La velocidad a la que se desliza un material cerámico sobre otro también afecta a la fricción, influyendo en la formación de la tribocapa.

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Efecto del Ambiente en la Fricción de Cerámicos

El ambiente, como la humedad, puede modificar la tribocapa de los materiales cerámicos, lo que afecta la fricción.

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Tribquímica

La tribquímica se refiere al estudio de las reacciones químicas que ocurren en las superficies en contacto durante la fricción.

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Simulación de Dinámica Molecular en Fricción de Cerámicos

Las simulaciones de dinámica molecular permiten entender cómo las moléculas de agua modifican la tribocapa durante la fricción de materiales cerámicos.

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Tribquímica de Nitruro de Silicio y Carburo de Silicio

El estudio de materiales cerámicos como el nitruro de silicio (Si3N4) y el carburo de silicio (SiC) revela que las moléculas de agua juegan un rol clave en las reacciones tribquímicas durante el periodo de rodaje.

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Simulación de Dinámica Molecular para estudiar la Tribquímica

Se pueden utilizar simulaciones de dinámica molecular para estudiar cómo los cambios en la superficie de los materiales cerámicos afectan las reacciones químicas que ocurren durante la fricción, revelando diferentes mecanismos.

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Películas AlTiN por PVD

La película de AlTiN es un revestimiento resistente al desgaste, aplicado por pulverización catódica (PVD), empleado para mejorar la resistencia a la fricción y el desgaste en aplicaciones de precisión.

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Study Notes

Tribología: Fricción

  • La tribología es la rama de la ingeniería y la ciencia de los materiales que estudia los fenómenos de fricción, lubricación y desgaste.
  • Sus orígenes como especialidad datan de los años 40, pero en 1966, en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, se le dio el nombre oficial de tribología, derivado del griego "tribozo" que significa rozamiento.
  • La tribología ha ganado importancia en los últimos 30 años debido al alto costo económico y ambiental de problemas de fricción y desgaste.

Historia de la Tribología

  • El ser humano ha utilizado tribología desde la antigüedad, como evidencia de antiguos carros y transporte de estatuas.
  • El invento de la rueda en Asia, alrededor del 8000 a.C., y las evidencias de lubricación de ejes de carros egipcios (1400 a.C.)
  • El uso de animales para la lubricación, y la invención de relojes con rodamientos y engranajes metálicos en los siglos XIV y XV son ejemplos históricos de tribología.
  • Leonardo da Vinci comprendió la fricción, y estableció que la fricción es independiente del área de contacto y proporcional a la carga aplicada.
  • Guillaume Amontons (1663-1705) y Charles-Agustin Coulomb (1736-1806) desarrollaron teorías fundamentales sobre de las leyes de la fricción.
  • Frank Philip Bowden (1903-1968) y David Tabor (1913-2005) continuaron la investigación de la tribología.
  • El Informe Jost (1966) enfatizó el valor económico de la comprensión y la aplicación de los principios de la tribología.
  • Kenneth Holmberg (VTT) y Ali Erdermir (Texas A&M) hicieron cálculos en 2017, que demostraron que un 23% del consumo de energía global proviene de la fricción.

Historia de la Tribología (Ejemplos)

  • Transporte de una estatua colosal pintada en la tumba de Dyehutyhotep (1880 a.C.).
  • Transporte de la estatua de Ti (2446-2426 a.C.).
  • Invención de la rueda (8000 a.C.).
  • Restos de ruedas más antiguos datan del 3500 a.C. en Mesopotamia.
  • Uso de grasa animal para lubricar ejes de carros egipcios (1400 a.C.).

Leyes de la Fricción

  • Hay una fuerza de fricción opuesta al movimiento que es proporcional a la fuerza normal entre las superficies en contacto.
  • La fuerza de fricción es independiente de la velocidad de deslizamiento.
  • La fuerza de fricción es independiente del área de contacto aparente.

Medida de la Fricción

  • Existen diferentes instrumentos como tribometros tipo ball-on-disc, pin-on-disc, etc. para medir la fricción, que se pueden utilizar para simular condiciones reales .

Fricción en varios materiales

  • Metales: Los coeficientes de fricción entre metales son generalmente altos (μ = 0,5 - 1), pero en metales dúctiles pueden ser mayores (μ = 2). La oxidación de la superficie y la temperatura influyen en los coeficientes de fricción.
  • Cerámicas: Los coeficientes de fricción en cerámicas son típicamente más bajos que en los metales (μ = 0,2 - 0,8). La formación de grietas y la poca actividad de los mecanismos de deformación contribuyen a la fricción en cerámicas.
  • Polímeros: Los coeficientes de fricción en polímeros son los más bajos (μ = 0,1 - 0,5). La adhesión y la deformación a través de ciclos de histéresis anelástica son los principales mecanismos.

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Este cuestionario explora conceptos clave sobre la fricción y la tribología, sus fundamentos y su historia. Se debatirán teorías de figuras prominentes como Leonardo da Vinci y Guillaume Amontons. Perfecto para estudiantes interesados en física y materiales.

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