Rozamiento Friccion en Solidos

8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos

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INTRODUCCIN:

En el laboratorio N 6 de fsica, donde comprobaremos y determinaremos elrozamiento. Friccin en slidos. Por ello, en el siguiente experimento serealizarn distintas experiencias con diferentes capas de rugosidad del cuerpoy obteniendo as diferentes coeficientes de rozamiento, con la cual al concluirdeterminaremos si Us > Uk. A continuacin, trataremos con ms detalle esteinteresante tema y as poder comprender mejor las variables que lo definencon ayuda de los montajes y los diagramas de cuerpo libre realizado sobreestos.

OBJETIVOS:

Determinar experimentalmente la relacin que existe entre la fuerza de

rozamiento y la fuerza normal.

Demostrar experimental que el coeficiente de rozamiento esttico es

mayor que el coeficiente de rozamiento cintico.

Calcular el coeficiente de rozamiento esttico mediante el ngulo crtico.


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FUNDAMENTO TERICO

Fuerza de friccin o rozamiento

Siempre que un cuerpo se mueve estando en contacto con otro objeto,

existen fuerzas de friccin que se oponen al movimiento relativo. Estas

fuerzas se debe a que una superficie se adhiere contra la otra y a que

encajan entre s las irregularidades de las superficies de rozamiento

(Tippens,2011,p.79).

Fuerza de rozamiento Esttico

El rozamiento esttico es la fuerza de rozamiento que acta cuando an no

hay deslizamiento entre las dos superficies en contacto; es la fuerza que

evita que el bloque se deslice. La fuerza de rozamiento esttico, que se

opone a la fuerza aplicada sobre el bloque, puede variar desde cero hasta

cierto valor mximo (...) dependiendo de la fuerza ejercida. (...) Los

experimentos muestran que la fuerza esttico mximo es proporcional a la

fuerza normal ejercida por una superficie sobre otra (Tipler y

Mosca,2010,p.129).

Dnde:

: Fuerza esttico mximo

: Fuerza normal

: Coeficiente de rozamiento esttico

=


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Fuerza de rozamiento Cintico

El tipo de friccin que acta cuando un cuerpo se desliza sobre una

superficie es la fuerza de friccin cintica(...) La magnitud de esta fuerza

suele aumentar al aumentar la fuerza normal. En muchos casos, la

magnitud de la fuerza de friccin cintica experimentalmente es

aproximadamente proporcional a la magnitud de la fuerza normal.

Dnde:

: Fuerza cintico

: Fuerza normal

: Coeficiente de rozamiento cintico:

Los verdaderos valores de y , dependen de la naturaleza de las dos

superficies en contacto.

=
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fricci%C3%B3n_01.svghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fricci%C3%B3n_01.svg


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MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJOComputadora personal con programa Data Studio instalado

sensor de fuerza

Cuerpo a estudiar

Plano inclinado transportador

Lijas de diferentes calibres

Cuerda

Regla
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PROCEDIMIENTO

1. Encendemos la PC e instalamos el sensor de fuerza al interface

USB link.

2. Abrimos en software DATA STUDIO y lo configuramos para obtener

las grficas correctas. Donde la coordenada en el eje Y (fuerzatiro

positivo) y en el eje X (tiempo).

3. Luego preparamos el montaje.

Caso 1

Determinar el coeficiente de rozamiento esttico y cintico de cada

cara del cuerpo.

Antes de empezar las mediciones con la computadora se toma las

medidas del cuerpo como su masa.

En primer lugar, se tira de la cuerda con la superficie rugosa (lima) contra

la mesa.

En segundo lugar, y una vez que la grfica este arrojada se selecciona

una parte de ella donde se note la fuerza mxima, media y mnima.

En tercer lugar, se selecciona en el panel de seleccin punto mximo y

punto medio.

Por ltimo, una vez obtenido los datos de la grfica se procede a hallar el

coeficiente de rozamiento esttico y coeficiente rozamiento cintico.

De la misma forma se realiza con las tres caras faltantes del cuerpo.

Resultados obtenidos:

1).

=

=

=

Normal Masa Cara 1 Cara 2 Cara 3 Cara 4

Pto. mx. 1,00 1,10 1,10 1,00


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Grfico de la fuerza de rozamiento estticomximo.

0,69 N 0,07 Kg

Pto. med. 0,5 0,4 0,6 0,3

s 1,44 1,59 1,59 1,44

k 0,72 0,57 0,86 0,43

Caso 2

Determinar el coeficiente de rozamiento esttico y cintico de cada cara

del cuerpo con diferentes masas cada una de ellas.

Antes de comenzar con las mediciones con la computadora se toma la masa

correspondiente del cuerpo que se va a agregar y a este se le suma la masa

del cuerpo que contiene las lijas.

Luego se tira de la cuerda el cuerpo con la masa agregado contra la mesa.

Posteriormente y una vez mostrada la grfica de fuerza vs tiempo, se

selecciona una parte de ella donde este la fuerza mxima, media y mnima.

Siguiendo con la prueba se escoge en el panel de seleccin con el fin de que

arroje el punto mximo y punto medio.

leyenda


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Y para finalizar con una de las caras se procede a encontrar el coeficiente de

rozamiento esttico y el coeficiente de rozamiento cintico.

De la misma forma se realiza con el resto de caras a diferentes masas

faltantes.

2).

=

=

=

Cara 1 Cara 2 Cara 3 Cara 4

Masa

0,27 Kg 0,17 Kg 0,37 Kg 0,47 KgNormal 2,64 N 1,66 N 3,61 N 4,6 N

Pto. mx. 3,1 2,2 3,8 3,7

Pto. med. 1,8 1,2 2,4 2,5

s 1,17 1,32 1,05 0,8

k 0,68 0,72 0,66 0,54


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Caso 3

Determinar el coeficiente de rozamiento esttico de cada cara del cuerpo

segn el ngulo de inclinacin.

En primer lugar se coloca el plano inclinado sobre la mesa.

En segundo lugar se coloca la cara del cuerpo sobre el plano inclinado.

En tercer lugar uno va levantando ligeramente el plano inclinado hasta lograr

que el cuerpo se deslice a travs de ella.

Mientras tanto cuando se logra que el objeto se deslice el otro integrante toma

el ngulo correspondiente para que suceda dicho deslizamiento.

Una vez encontrado el ngulo se procede a encontrar el coeficiente de

rozamiento esttico.

De la misma forma se realiza con el resto de caras faltantes.

3).


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Cara 1 Cara 2 Cara 3 Cara 4

25 34 37 30

s 0,46 0,67 0,75 0,57

Tg () = pendiente = s

() =

=

=

=

=

=

CUESTIONARIO:

Segn el pro ceso determin acin de s mediante la determin acin del

ngu lo crt ico res ponda:

1) Haga el D.C.L. para el montaje. Cul es el valor terico de la

aceleracin en cada caso? Por qu?

Se tom a g sen() como valor terico de la aceleracin para cada caso,

porque esta se comporta de una manera distinta respecto al ngulo.

2) Existe alguna evidencia de error experimental? Sugiera las

posibles causas.

mg

mgsen

mgcos


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Si existe ya que el coeficiente de rozamiento depende mucho de la

superficie donde se lleve a cabo el trabajo, es decir a ms lisa existir un

menor error porcentual.

Por ejemplo la rugosidad de la mesa que fue en el primer experimento

no es la misma rugosidad que la del plano inclinado del tercerexperimento, es decir para que exista meno error tanto el plano inclinado

como la mesa deberan ser del mismo material.

3) Si varia las cara del bloque en contacto Vara el coeficiente

friccin?

Si varia porque cada cara del bloque presenta una diferente rugosidad

(ms gruesa o con mayor nmero de dientes), respecto a la del plano

inclinado, por lo tanto el coeficiente de friccin tambin vara respecto a

este (rugosidad del material).

Segn el proceso determinacin de sy kco n el sensor de fuerza

responda:

1. El coeficiente de rozamiento esttico es siempre mayor que el

cintico? por qu?

En nuestro experimento ocurre en todos los casos, y cuando el valor dela friccin esttica es mximo, la friccin cintica es menor; ya que la

fuerza ejercida sobre un cuerpo en estado de reposo es mayor que la

que se aplica sobre el mismo en movimiento.

2. Puedes pensar algunas situaciones en donde la existencia del

rozamiento es beneficiosa e incluso necesaria.

Hay un sinnmero de razones por las cuales este fenmeno fsico es

importante, como por ejemplo:

Si no hubiera rozamiento una maquina no podra detenerse, de la misma

manera que si no hubiera rozamiento incluso no podramos ni escribir,

otra aplicacin se da en las fajas transportadoras de minerales o de los

supermercados, si no hubiera rozamiento nuestra vida sera un

constante peligro, por ejemplo para las mquinas excavadoras no habra

una superficie segura donde asentar su apoyos, etc.

3. Teniendo en cuenta la fuerza de rozamiento es mejor jalar o

empujar un cuerpo? Justifique su respuesta.


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Es mejor jalar el objeto ya que de esa forma se generan diversos pulsos,

por lo tanto nos da una mejor grfica, establecindose claramente el

valor de la fuerza de rozamiento esttica y el valor de la fuerza de

rozamiento cintica

Segn el proc eso determ inacin des y k y la masa del mvi l responda:

1. Existe dependencia entre la masa del cuerpo y su coeficiente de

rozamiento? Justifique su respuesta.

Segn este procedimiento, el coeficiente de rozamiento no depende de

la masa, longitud del objeto o recorrido; no obstante, s depende de la

rugosidad tanto de la superficie como del mismo.

EVALUACIN DE RESULTADOS OBTENIDOS

Para el primer caso, el error que intervino en los valores

experimentales fue la cuerda, ya que no fue jalada paralelamentecon la mesa. Sin embargo, ese problema pudimos superarlo lo cual

se puede demostrar con los valores de coeficiente de rozamiento

esttico y cintico calculados 1,44 y 0,72.

En un principio para el desarrollo del tercer caso, no hubo precisinen la medida del ngulo, es por eso que los valores experimentalesestaban variando demasiado.

Para una mejor visualizacin o una mayor eficiencia en los datos

obtenidos la superficie para todos los experimentos debe de ser la

misma ya que el coeficiente de rozamiento depende de la rugosidad del

medio y del bloque.


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CONCLUSIONES

Se verific tanto experimental como tericamente que la relacin queexiste entre la fuerza de rozamiento y la fuerza normal es directamente

proporcional, tanto para la fuerza de friccin esttica como para la

cintica, de acuerdo a las tres experiencias realizadas.

Se comprob experimentalmente que el coeficiente de rozamiento

esttico mximo es mayor que el coeficiente de rozamiento cintico y

que esta depende de que la fuerza de rozamiento esttica mxima sea

mayor a la cintica, de acuerdo al primer montaje.

Se logr demostrar que el coeficiente de rozamiento esttico el cual

equivale a la tangente del ngulo crtico, lo cual fue hallado mediante un

diagrama de cuerpo libre sobre el tercer montaje realizado en el

laboratorio.


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Rozamiento Friccion en Solidos

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