fuerzas de friccion 2013.docx

Universidad Nacional del Altiplano Puno

Facultad de Ingeniería de Minas

“Año de lA IntegrAcIón nAcIonAl y reconocImIento de nuestrA dIversIdAd”

INGENIERÍA DE MINAS INGENIERÍA DE MINAS física i FUERZAS DE FRICCIÓN





JORGE CONDORI CONDORI MAMANI

FELIX LORENZO MULLISACA VALENCIA par 120090

Fecha realizada: Fecha de entrega:

/ / . / / .

PUNO-PERÚ 2012

1



PRACTICA DE LABORATORIO N° 03 FUERZAS DE FRICCIÓN I.

OBJETIVOS: 

Estudiar las características de los coeficientes de rozamiento dinámico y estático de diferentes materiales.  Calcular el coeficiente de fricción estático y cinético para deslizamiento en superficies arbitrarias (caso de la madera)  Verificar la relación entre el coeficiente de fricción y la fuerza de rozamiento  Realizar cálculos cinemáticas basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios empleados.

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO Cada vez que empujamos o jalamos un cuerpo que descansa en una superficie perfectamente horizontal con una fuerza, se logra impartir una cierta velocidad, este se detiene poco tiempo después de retirar la fuerza. Además hay ocasiones en que al empujar el objeto este ni siquiera adquiere una velocidad y se mantiene en reposo. Esto se debe a que existe una fuerza que se opone a que este continuara deslizándose. Esta fuerza se conoce como la fuerza de fricción o de rozamiento. La magnitud de esta fuerza opuesta al movimiento depende de muchos factores tales como la condición y naturaleza de las superficies, la velocidad relativa, etc. Se verifica experimentalmente que la fuerza de fricción f, tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal N de presión de un cuerpo sobre otro. La constante de proporcionalidad es llamada coeficiente de fricción y lo designamos con la letra griega , la relación queda como: ƒ = - N ... (1) El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo a la f i g u r a (1). Si la fuerza F es la fuerza aplicada, lo que mueve al móvil hacia la derecha será la fuerza resultante R dada por la ecuación (2): R = F - N ... (2)

Figura (1): Fuerza resultante R actuando sobre el bloque

2



Ahora, dado la relación entre la fuerza y la aceleración del móvil podemos reescribir la ecuación (3) como: ma = F – N ... (3) Donde: m, masa del móvil. a, aceleración del móvil debida a la acción de la fuerza F. F, es la fuerza aplicada. N, Es el producto de la masa del móvil y la aceleración gravitacional. Diferenciando la fuerza de fricción estática y la fuerza de fricción cinética, es que la primera evita que comience el deslizamiento y la segunda, se opone a la continuación del deslizamiento una vez comenzado El objeto se mantiene en reposo cuando se aplica la fricción estática; sin embargo si la fuerza aplicada es mayor que la fuerza de fricción estática máxima, el objeto empieza a moverse y pasamos al régimen de la fricción cinética. La fricción estática máxima está dada por: ƒmax =

N ... (4)

s

Donde: s, coeficiente de fricción estático. Y la fricción cinética: ƒk = Donde

k

N ... (5)

, es coeficiente de fricción cinética.

k

En general:

s<

k

Tabla (1): Coeficientes de fricción. Coeficiente de Fricción Superficie

estático

s

Coeficiente de Fricción cinético

k

Madera sobre madera

0.4

0.2

Hielo sobre Hielo Metal sobre Metal (lubricado)

0.1

0.03

0.15

0.07

Articulaciones en en humanos

0.01

0.01

Corcho sobre aluminio seco Plástico sobre aluminio seco

0.4

0.3

0.2

0.1

3


III.

EQUIPOS Y MATERIALES MATERIALES..          

IV.


Computadora Personal Software Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Sensor de Movimiento {CI-6742) Sensor de Fuerza (CI-6537) Cajón de fricción (material Madera) Una masa accesoria de 0.25kg Conjunto de pesas (diferentes magnitudes) Carril, tope y polea más 1.6cm de hilo negro Balanza analógica.

PROCEDIMIENTO PROCEDIMIE NTO Y ACTIVIDADES Procedimiento para configuración configuración de equipos y accesorios. a) Verificar la conexión e instalación instalación de la la interface. b) Ingresar al software Data Studio y seleccionar la actividad Crear experimento. c) Seleccionar sensor sensor de movimiento movimiento y sensor de fuerza, de la lista de sensores, efectuar la conexión usando los cables para transmisión de datos de acuerdo a lo indicado por Data Studio. d) Efectuar la calibración correspondiente correspondiente considerando considerando una frecuencia para disparo de 5 registros por segundo para el sensor de movimiento y un muestreo lento de un registro por segundo para el sensor de fuerza, especificando tracción positiva con un valor máximo de 500gr y mínimo de 0gr. e) Mida y anote la masa masa del cajón de fricción (Madera), la masa masa adicional, adicional, sensor de fuerza y masa total en la tabla (3). f) Realizar el montaje de equipos equipos y accesorios, tal como se muestra muestra en la la figura (3). g) Genere un gráfico gráfico para dos de los parámetros parámetros medidos medidos por el sensor de movimiento y de fuerza (aceleración y fuerza). h) Aumente la precisión precisión y coloque los encabezados encabezados correspondientes correspondientes en las tablas y gráficas generadas.

4



Figura (3): Montaje de Equipos y Accesorios

Primera Actividad (Determinación de los coeficientes de fricción). a) Coloque el móvil a 15cm del sensor de movimiento. b) En el porta pesos coloque coloque una masa determinada determinada y pulse el botón de inicio, agregue masas con un avance de 10gr en cada caso. Cuando el conjunto móvil logre movimiento y llegue a la posición final (tope), pulse el botón detener. c) Repetir los pasos de (a) (a) hasta (c) 10 veces y anote anote sus resultados resultados en la tabla (2). Tabla (2): datos evaluados con sensor de movimiento y fuerza en laboratorio.

EVENTOS

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Aceleracion(m/s²) 0.1

0.1

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.6

0.6

0.3500

Tension(N)

0.73

0.76

0.80

0.83

0.88

0.89

0.94

0.97

1.01

1.04

0.8850

Masa 1 (kg)

0.617 0.617 0.617 0.617 0.617 0.617 0.617 0.617 0.617 0.617 0.6170

Masa 2 (kg)

0.190 0.195 0.200 0.205 0.210 0.215 0.220 0.225 0.230 0.235 0.2125

Tabla (3): Masa del Conjunto Móvil Masa del cajón de Fricción (kg)

0.278

Masa adicional (Opcional) (kg)

---

Masa del sensor de fuerza (kg)

0.339

Total (kg)

0.617

Normal (kg) Angulo de elevación elevación del carril carril (opcional)

5

-----

10

Promedio


V.


CUESTIONARIO. 1. Calcule el coeficiente coeficiente de fricción fricción para cada cada valor de aceleración y masa aplicada, considere el siguiente cuadro. Aplicamos las las siguientes formulas: formulas: s

Dato Registrado Registra do

=

m2 m1 1

k

2

m2 m1

=

3

4

(1 -

5

a g

)-

a g

6

7

8

9

10

s

0.3079 0.3160 0.3241 0.3322 0.3404 0.3485 0.3566 0.3647 0.3728 0.3809

k

0.2946 0.3026 0.2971 0.2915 0.2993 0.2934 0.3012 0.2950 0.2887 0.2963

2. Calcule un promedio de

s

Dato Registrado

y

k,

de la tabla anterior.

Promedio

s

0.334

k

0.2960

3. Calcule los errores errores absoluto, relativo relativo y porcentual considerando considerando los datos experimentales de la pregunta anterior y teóricos propuestos en la tabla (1) para los coeficientes de fricción.

4. ¿Según usted a que se debe debe la diferencia entre

s

y

k?,

explique

El rozamiento estático es el que existe cuando un cuerpo está en reposo, el coeficiente de rozamiento estático es el punto o la tangente del ángulo critico antes de que el cuerpo entre en movimiento, el cinético es el presente cuando el cuerpo está en movimiento. Siempre el estático es mayor al cinético, la razón es que se necesita menos fuerza para mantener el movimiento que producirlo.

5. ¿Será necesario necesario considerar la fricción fricción del conjunto con con el aire circundante?, si su respuesta es afirmativa, explique ¿Por qué? Si porque el aire tiene una resistencia aerodinámica.

6



6. ¿De qué depende el el coeficiente coeficiente de fricción estático? estático? La fuerza de fricción estática (F s) es una fuerza negativa y mayor que la fuerza aplicada la cual no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo estacionario. Se genera debido a la rugosidad microscópica de las dos superficies, que interactúan y se entrelazan, y entre las cuales se generan enlaces iónicos y micro soldaduras formadas por la humedad y el oxigeno del aire.

7. El coeficiente de fricción, ¿será el el mismo cuando se aplique un lubricante en las superficies de contacto? No será el mismo pues depende del tipo de lubricante que se utilice. Depende si el lubricante utilizado es un mineral sintético o vegetal. Tiene lugar cuando las superficies de fricción se mueven la una con respecto a la otra completamen completamente te separadas por un tercer elemento que por lo regular es un fluido

8. ¿El coeficiente coeficiente cinético varia con la velocidad? No varía pues es constante. La fuerza de fricción cinética (F k) es una fuerza negativa que se presenta cuando un cuerpo se mueve con respecto a otro, se opone al movimiento y es de magnitud constante.

9. ¿Afecta el peso del bloque a los coeficientes de fricción? Si afecta porque a mayor peso habrá mayor fricción.

10. Calcule los errores absoluto, relativo y porcentual, para la tensión experimental y teórica. 11. El coeficiente de fricción, ¿varía según la temperatura del cuerpo? Si varía el coeficiente de fricción El incremento de temperatura influye de manera opuesta en líquidos y gases. En líquidos se hace menos viscoso y en los gases la viscosidad aumenta.

12. La fuerza de fricción, ¿depende de las l as interacciones de las moléculas de las 2 superficies? Si existe interacción entre las moléculas.

7



13. Si el móvil empleado (con superficie de madera) se colocara sobre un plano inclinado ¿Cuál debería ser el ángulo para el cual el cuerpo se quedaría inmóvil? El ángulo seria de 45°.

14. ¿Qué es el coeficiente de viscosidad?, ¿tiene relación con el coeficiente de fricción? La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento. La viscosidad es la oposición de un fluido de las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para algunas aplicaciones.

VI.

CONCLUSIONES   

VII. 1. 2. 3. 4.

En conclusión en esta práctica observamos el cambio constante de la velocidad en un tiempo determinado por el peso de las pesas. La fuerza de fricción es una fuerza negativa que está presente en los movimientos que tienen velocidad. La fuerza de fricción tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal N de presión de un cuerpo sobre otro.

BIBLIOGRAFIA Ficha de práctica de Laboratorio Laboratorio de Física. Física. FISI CA SERW AY BEICH NER Física, curso curso elemental: elemental: mecánica Alonso Marcelo Dinámica ll para ingeniería y sus aplicaciones David J. MacGill & Wilton King

8

fuerzas de friccion 2013.docx

Recommend Documents