Universidad de San Pedro Sula Laboratorio de Física 1 Sección: Sábados 2:30pm Practica #10 Fuerza de Fricción Grupo #3 23/03/2016
Ing. Oscar Bedoya
Keidy Roció Sing Reyes Marcela Alejandra Asturias Jenipher Beatriz Rodríguez Jefry Joel Lagos Danny Maberyt Ortiz
1130728 1140624 1130164 2110367 2140082
Introducción En el presente informe mediante el programa de fisilab utilizado en el laboratorio conoceremos la fuerza de fricción para los distintos objetos mientras los cuerpos se mueven sobre él y así asociar los coeficientes de rozamiento según sea el sistema. Debemos saber que fuerza que ejerce resistencia al movimiento debido a que el cuerpo actúa con sus alrededores.
Objetivos General -Medir el efecto de la fuerza de fricción en el movimiento de cuerpos a través de diferentes superficies de contacto cuerpo-plano. Específicos -Asociar coeficientes de rozamiento para cada superficie de contacto utilizando el simulador de laboratorio. -Comprender el comportamiento de los objetos al momento de ejercer fuerzas de fricción. -Identificar cuando los movimientos son estática y cinética.
Hipótesis Experimento 1: Se practicaron los movimientos a través del simulador con el objetivo de identificar el comportamiento del objeto y el tiempo de recorrido.
Experimento 2: Se realizaron tres prácticas para cada objeto lo que se utilizaron diferentes superficies de madera, resina, bloque, hierro para observar el movimiento que cada uno desarrollaba si era estática o cinética, también se utilizó la ayuda del dinamómetro con el fin de obtener el resultado de fuerza que se le estaba ejerciendo.
Marco teórico Fuerzas de Fricción Si camina sobre un piso recién limpio es más probable que pueda resbalarse que si lo hiciera sobre un pavimento de concreto. Esto es debido a que en superficies lisas la fuerza de fricción es casi nula. Estas fuerzas son muy importantes en nuestra vida cotidiana, ya que nos permiten caminar, correr y son necesarias para el movimiento de vehículos rodantes. La fuerza de fricción o la fuerza de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto. Formulación Debemos señalar que existe una fuerza de fricción estática (objetos en reposo) y fricción cinética (objetos en movimiento), cuyas fórmulas matemáticas son las siguientes: fe=nN En que fe es la fuerza de fricción estática, n es el coeficiente de fricción estática y Nla fuerza normal que en el caso de superficie horizontal es el peso. fc=hN fc es la fuerza de fricción cinética, h coeficiente de fricción cinética y N la fuerza normal siempre para superficies en contacto. N = mg
Esta fuerza depende mucho de la naturaleza de los materiales en contacto, es decir que tan rugosos sean, pero también de la fuerza normal o peso de un cuerpo sobre otro en el cual descansa. Cómo se produce la fuerza de fricción La fricción estática se diferencia de la cinética por ser mayor que esta, ya que un cuerpo en reposo al recibir una fuerza de aplicación que va en ascenso desde un valor cero hasta un determinado valor, permanece en reposo solo hasta que la fuerza aplicada supera el valor máximo de la fricción estática. En ese momento, el cuerpo comienza a moverse y la fricción se denomina cinética. Un ejemplo de fricción estática ocurre cuando un motor se encuentra detenido durante un largo periodo. Por otra parte, la fricción dinámica puede verse a partir de
la
acción
de
las ruedas de
un
vehículo
al
momento
de
frenar.
El coeficiente de fricción, que a menudo se simboliza con la letra griega µ (pronunciada “mu”), es un valor escalar sin dimensión que describe la proporción de la fuerza de fricción entre dos cuerpos y de la que los junta. Éste puede estar apenas encima de cero o ser mayor a uno y depende de los materiales en cuestión; por ejemplo, el hielo sobre el acero tiene un coeficiente de fricción bajo, mientras que la goma sobre el pavimento, uno alto.
Desarrollo de la práctica Experimento # 1 (Fisilab)
1. Se dejará caer desde la altura máxima de un plano inclinado a 28.7˚ un cuerpo de 2 kg con una velocidad de -20m/s. Se identificará al final del experimento el tiempo de recorrido, la velocidad final, la aceleración y los coeficientes de rozamiento (cuando sea posible) para las superficies de contacto tal como se indica en la siguiente tabla: Superficie de
Ángulo
contacto
Masa de
Aceleración
Tiempo de
Velocidad
Coeficiente
Coeficiente
la caja
final
recorrido
final
estático
cinético
Madera contra madera
Vidrio
6.8seg
-40.2m/s
0.35
0.20
28.7°
2kg
-1.26 m/s 2
8.2seg
-30.3 m/s
0.95
0.40
28.7°
2kg
0.46 m/s 2
11.9seg
-14.5 m/s
0.60
0.60
28.7°
2kg
-4.27 m/s 2
6.2seg
-46.4 m/s
0.09
0.05
28.7°
2kg
0 m/s 2
11.2seg
0 m/s
1
0.8
28.7°
2kg
-4.36 m/s 2
6.1seg
-46.7 m/s
0.04
0.04
28.7°
2kg
-4.36 m/s 2
6.1seg
-46.7 m/s
0.04
0.04
contra
acero lubricado Hule
-2.98m/s 2
contra
acero limpio
Acero
2kg
contra
vidrio
Acero
28.7°
contra
concreto seco
Esquí encerado contra
nieve
seca Teflón contra teflón
En base a los resultados obtenidos ¿Cómo es el coeficiente de rozamiento estático en comparación al cinético para las diferentes superficies de contacto? R: / El coeficiente de rozamiento estático suele ser mayor al cinético en la mayoría de las superficies. Solo en ciertas es igual.
¿Qué efecto tuvo la fricción en la caja sobre el plano? R: / La fricción afecta el tiempo de recorrido de la caja sobre el plano. Esto dependiendo de cada superficie que haya sido evaluada, ya que el material de la caja tanto del plano difieren de fricciones.
2. Dibuje el diagrama de cuerpo libre para el sistema mostrado.
T
W
Experimento #2(fuerza de rozamiento o fricción) 1. Con la ayuda del dinamómetro mida la fuerza de fricción estática para el taco de madera y la masa de 350 g, cuando se arrastran por diferentes superficies de contacto, tales como: madera, metal, resina y rugosa. Anote sus resultados en la siguiente tabla. Tome la medida de las fuerzas 3 veces para evitar los errores accidentales. Utilice las unidades en Newton fuerza. Sólido
Taco de madera 77 g
Masa 350 g.
fe1
fe2
fe3
fex
fe1
fe2
fe3
fex
0.40N
0.45N
0.47N
0.44N
1.40N
1.40N
1.38N
1.393N
0.23N
0.23N
0.23N
0.23N
1.40N
1.35N
1.30N
1.35N
0.25N
0.25N
0.26N
0.253N
0.84N
1N
1.5N
1.113N
0.40N
0.60N
0.60N
0.53N
1.40N
1.42N
1.39N
1.403N
Superficie Madera
Metal
Resina
Rugosa (Bloque)
2. Ahora haciendo uso de las fórmulas del marco conceptual, calcule el coeficiente de rozamiento estático para cada superficie.
Taco de madera 77g Superficie
fex
Masa
Masa 350g Fuerza
μe
fex
Masa
normal
Fuerza
μe
normal
0.44N
0.077kg
0.7546N
0.58
1.393N 0.35kg
3.43N
0.41
0.23N
0.077kg
0.7546N
0.30
1.35N
0.35kg
3.43N
0.39
0.253N
0.077kg
0.7546N
0.34
1.113N 0.35kg
3.43N
0.32
0.53N
0.077kg
0.7546N
0.70
1.403N 0.35kg
3.43N
0.41
Madera
Metal
Resina
Rugosa
Los coeficientes de rozamiento ¿cómo dependen del peso del cuerpo y de la superficie de contacto? R: / El coeficiente de rozamiento depende exclusivamente de la naturaleza de los
cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies. Depende además de muchos factores como la temperatura, el acabado de las superficies, la velocidad relativa entre las superficies, etc.
Resultados Experimento #1 Angulo 28.7° Masa 2kg Velocidad Inicial -20m/s Madera contra madera:
Aceleración final: -2.98m/s2
Velocidad Final: -40.2m/s
Tiempo: 6.8seg
μe: 0.35
μc: 0.20
Vidrio contra vidrio
Aceleración final: -1.26 m/s2
Velocidad Final: -30.3 m/s
Tiempo: 8.2seg
μe: 0.95
μc: 0.40
Acero contra acero limpio
Aceleración final: 0.46 m/s2
Velocidad Final: -14.5 m/s
Tiempo: 11.9seg
μe: 0.60
μc: 0.60
Acero contra acero lubricado
Aceleración final: -4.27 m/s2
Velocidad Final: -46.4 m/s
Tiempo: 6.2seg
μe: 0.09
μc: 0.05
Hule contra concreto seco
Aceleración final: 0 m/s 2
Velocidad Final: 0 m/s
Tiempo: 11.2seg
μ e: 1
μc: 0.8
Esquí encerado contra nieve seca
Aceleración final: -4.36 m/s2
Velocidad Final: -46.7 m/s
Tiempo: 6.1seg
μe: 0.04
μc: 0.04
Teflón contra teflón
Aceleración final: -4.36 m/s2
Velocidad Final: -46.7 m/s
Tiempo: 6.1seg6.1seg
μe: 0.04
μc: 0.04
Experimento #2 Taco de madera Masa 0.077kg Fuerza normal (N): 0.7546N
Madera: fex: 0.44N μe: 0.58
Metal: fex: 0.23N
μe: 0.30 Resina: μe: 0.34 fex: 0.253N
Rugosa (Bloque): μe: 0.70 fex: 0.53N
Masa de 350g Masa 0.35kg Fuerza normal (N): 3.43N
Madera: fex: 1.393N μe: 0.41
Metal: fex: 1.35N μe: 0.39
Resina: μe: 0.32 fex: 1.113N
Rugosa (Bloque): μe: 0.41 fex: 1.403N
Discusión de Resultados Para el experimento #1, utilizamos el simulador (Fisilab) en el que con los datos dados de masa, ángulo y velocidad inicial procedimos en poner datos y así observar el movimiento de la caja en un plano inclinado donde sacamos su aceleración, velocidad final, tiempo, los coeficientes de rozamiento estático y cinético de las siguientes superficies: madera contra madera, vidrio contra vidrio, acero contra acero limpio, acero contra acero lubricado, hule contra concreto seco, esquí encerado contra nieve seca y teflón contra teflón. En una de las superficies que fue Hule contra concreto seco observamos que la fuerza de tensión tiene amplitud mayor que la fuerza aplicada. Para el Experimento #2, utilizamos un dinamómetro, taco de madera y una masa de 350g (cubo de hierro), en el que sacamos su fuerza promedio con el dinamómetro midiendo tres veces la fuerza, la fuerza normal la sacamos con la masa obtenida del taco de madera o cubo de hierro (masa de 350g) en el que multiplicamos por la gravedad así se obtuvo la fuerza normal y con la fórmula de fuerza de fricción estática procedimos sacar el coeficiente de rozamiento estático.
Conclusiones 1) Asociamos coeficientes de rozamiento para cada una de las superficies antes mencionadas haciendo uso del simulador de laboratorio, se comprobó utilizando un cuerpo en un plano inclinado que el coeficiente de fricción estático es siempre mayor o igual al coeficiente de fricción cinética, esto lo comprobamos en diferentes superficies. 2) Medimos el efecto de la fuerza en el movimiento de cuerpos a través de las diferentes superficies antes mencionadas de contacto cuerpo-plano y comprobamos que el peso del cuerpo y el tipo de superficie de contacto influyen en el coeficiente de fricción.
Bibliografía “Manual de Prácticas de Laboratorio” Elaborado por Ing. Wilmer Rodríguez, Fecha: 12/12/2013 Edición: 01
Anexos
