¿Puede derivarse el coeficiente de fricción de los fundamentos?

Question

Es habitual querer deducir las leyes macroscópicas a partir de lo que conocemos microscópicamente; al fin y al cabo, dada una descripción microscópica (correcta), todo lo más grande debería seguirse.

¿Se ha hecho alguna vez un cálculo del coeficiente de fricción estática/cinética simplemente a partir de las propiedades fundamentales de los materiales? (por ejemplo, la estructura cristalina o las fuerzas intermoleculares). He buscado durante algún tiempo en Internet y no he encontrado nada (aunque mis resultados estaban saturados de problemas de física clásica).

Si se ha hecho, ¿cuál ha sido la estrategia general?

Answer 1

Fundamentalmente, esto no difiere del cálculo de la fricción en un fluido (viscosidad de corte). La teoría de la viscosidad se remonta a Maxwell y Boltzmann, y los cálculos microscópicos son posibles para muchos fluidos. La fricción en los sólidos es más complicada, porque la preparación exacta de la superficie es obviamente importante. Por ello, las teorías de primeros principios se concentran en superficies cristalinas idealizadas, véase, por ejemplo estos dos papeles. Hoy en día, se pueden estudiar sistemas como éste, y comprobar las teorías, utilizando dispositivos a escala nanométrica. Este campo se conoce como nanotribología.

Answer 2

En general, sí. Pero sólo se ha hecho para los coeficientes de fricción estática.

La manera en que interactúan dos superficies en contacto es muy investigada por la comunidad de la tribología. En particular, el campo que explora la mecánica de la interacción se denomina mecánica de contacto.

El tratamiento de los problemas de la mecánica de contacto de forma analítica/numérica se realiza a menudo resolviendo las ecuaciones de elasticidad. Al predecir cuantitativamente las fuerzas y la deformación de los cuerpos en contacto, se puede calcular el coeficiente de fricción. Se ha investigado mucho sobre el tema: a partir de Hertz's de los trabajos pioneros, hasta trabajos más contemporáneos como Un modelo de fricción estática para Elástico-Plástico en contacto con superficies rugosas superficies rugosas y Modelo de coeficiente de fricción estática para superficies metálicas rugosas .