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Nuevos descubrimientos sobre los mecanismos de rozamiento estático y dinámico

Un equipo de científicos financiado por la UE ha aportado conocimientos nuevos sobre la dinámica subyacente en la transición del rozamiento estático al rozamiento dinámico en interfaces heterogéneas. Estos resultados podrían ser útiles a la hora de abordar problemas importantes en diferentes campos, entre ellos la ingeniería mecánica, la geología, la biología y la robótica.
Nuevos descubrimientos sobre los mecanismos de rozamiento estático y dinámico
En el marco del proyecto CASCADE (Frictional shear crack dynamics along heterogeneous interfaces), financiado por la UE, unos científicos llevaron a cabo una labor experimental y numérica con el propósito de ofrecer una perspectiva más completa del inicio del deslizamiento y, en concreto, de la dinámica de las grietas por cizalla a lo largo de las interfaces heterogéneas.

Este proyecto arrancó con el desarrollo, el ensayo y la calibración de un dispositivo optomecánico que monitoriza el contacto friccional entre un elastómero rugoso y un sustrato rígido. Se midió en primer lugar la dinámica del campo de deslizamiento, utilizando una cámara de alta velocidad y un procesamiento digital de imágenes. Seguidamente, a partir de la segmentación de las imágenes, los científicos midieron la dinámica del contacto real a lo largo de la interfaz.

Así, este dispositivo sirvió como herramienta para los primeros ensayos de modelos clásicos de carga tangencial incipiente en el contacto entre la esfera lisa rígida y el plano rugoso elastomérico empleados. Asimismo, permitió estudiar la influencia de varios parámetros del sistema sobre la resistencia producida por el rozamiento estático en la interfaz rugosa.

Los científicos arrojaron luz sobre cómo depende la superficie de contacto real de la fuerza tangencial aplicada a la interfaz del contacto. También estudiaron la influencia del espesor de un recubrimiento sólido blando, depositado sobre el sustrato rígido, y concluyeron que, contra lo que se suele pensar, la resistencia a la cizalladura no es una constante del material.

Las actividades experimentales se apoyaron en una labor de modelización. El equipo desarrolló un modelo multiescala para poner al descubierto los mecanismos que se hallan tras la dinámica de ruptura de una interfaz multicontacto. Mediante este modelo, los científicos fueron capaces de reproducir por vez primera la transición de frentes rápidos a frentes anormalmente lentos que se propagan a lo largo de la interfaz. La labor de modelización también permitió clasificar los distintos tipos posibles de frentes de grieta por cizalla y aportó nuevos conocimientos de gran importancia, relativos a los mecanismos que determinan la selección de las velocidades de los frentes.

En su conjunto, los trabajos experimentales y de modelización realizados en el marco del proyecto CASCADE permitieron adquirir nuevos conocimientos sobre los mecanismos responsables de la transición del rozamiento estático al rozamiento dinámico.

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Palabras clave

Estático, rozamiento dinámico, interfaces heterogéneas, grieta por cizalla, contacto friccional
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