En la naturaleza el fenómeno de la fricción puede ser un enemigo o una bendición. En general “fricción” es el nombre dado a la fuerza que se opone al desplazamiento entre dos superficies. Si no existiera este fenómeno los frenos de los automóviles, trenes y bicicletas no operarían y sería imposible conducir. También las llantas de los autos no tendrían adherencia con el piso y sería imposible girar o frenar. En realidad, en los elementos mecánicos la fricción es un serio enemigo y es fuente de fallas, así como de la disminución del tiempo de vida de mucha maquinaria, desde patinetas y aviones hasta líneas de ensamble completas.
Muchos lectores recordarán las clases de física de secundaria en donde para determinar el coeficiente de fricción estático entre dos objetos (digamos; una tabla de madera y una caja de cartón) se coloca la caja sobre la tabla y lentamente se levanta uno de los lados de la tabla hasta que la caja de cartón empieza a resbalar. La tangente del ángulo de la tabla en ese instante nos da el coeficiente de fricción entre la madera y el cartón. ¡Oh! …¡Obtener este resultado emociona a cualquier alumno!
Investigadores de la Universidad de Pittsburgh en Estados Unidos acaban de reportar un interesante artículo (ver: X. Wang, et al., “Atomic-scale friction between single-asperity contacts unveiled through in situ transmission electron microscopy”. Nature Nanotechnology, 2022; 17 (7): 737) en el que estudian el fenómeno de fricción a nivel atómico, que es donde realmente se origina, en donde muestran la fricción en tiempo real utilizando un microscopio electrónico. En una entrevista sobre su trabajo los autores comentaron lo siguiente: “Hasta ahora nadie había sido capaz de realmente ver el proceso de fricción en escala atómica con una clara interfase, por tanto, la relación entre los mecanismos de fricción y la interfase no habían sido completamente comprendidos. Mientras que en nuestro estudio somos capaces de ver el desplazamiento atómico y la tensión dinámica ocurrida que solo había sido previamente calculada usando simulaciones computacionales”.
Por primera vez se tiene una visualización del fenómeno de la fricción en escala atómica. Usando el microscopio electrónico fue posible ver el movimiento de átomos a través de las superficies haciendo contacto al desplazarse. Los resultados experimentales fueron comparados con las simulaciones computacionales determinando con precisión las fuerzas que entran en juego. En este experimento se utilizaron superficies de tungsteno. Una de las conclusiones más importantes es que no importa lo suave o limpio que se encuentre una superficie, la fricción a nivel atómico es inevitable. Sin embargo, este estudio también proporciona claves que permitirán diseñar mejores lubricantes necesarios para minimizar la fricción y el desgaste entre piezas mecánicas, lo cual incrementará la vida útil de diversos mecanismos.
Es interesante que desde la Grecia antigua el fenómeno de la fricción había causado mucho interés, de hecho, Themistio en el año 350 DC, descubrió que “es más fácil mantener el movimiento de un cuerpo que iniciar su movimiento desde el reposo”. Esto es la diferencia entre las llamadas fricción estática y fricción dinámica, que ellos ya conocían.