Estudiar las características características de los coeficientes coeficientes de rozamiento rozamiento dinámico y estático de diferentes materiales. coeficiente de fricción estático y cinético para deslizamiento Calcular el coeficiente en superficies arbitrarias (caso de la madera). Verificar la relación entre el coeficiente de fricción y la fuerza de rozamiento. cinemáticos basándose basándose en consideraciones consideraciones dinámicas dinámicas Realizar cálculos cinemáticos y mecánicas para los materiales y accesorios empleados.
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 naturalezas de las superficies, la velocidad relativa, etc. Se verifica experimentalmente que la fuerza de fricciónf, 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 µ, la relación queda como:
El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo a la figura (1). Si la fuerza F es la aplicada, lo
que mueve al móvil hacia la derecha será la fuerza resultante R dada por la ecuación (2):
Figura (1): fuerza resultante R actuando sobre el bloque
Ahora, dado la relación entre la fuerza y la aceleración del móvil podemos reescribir la ecuación (3) como:
Dónde: m, masa de móvil. a, aceleración del móvil debida a la acción de fuerza F. F, es la fuerza aplicada N, es el producto de la masa del móvil y la aceleración gravitacional. Diferenciandola 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 fricciónestática; sin embargo si la fuerza aplicada es mayor que la fuerza de fricciónestática máxima, el objeto empieza a moverse y pasamos al régimen de la friccióncinética. La fricciónestática máxima está dada por:
Dónde: µs, coeficiente de fricciónestático. Y
lafriccióncinética:
Dónde: µk , friccióncinética
coeficiente
La relación se aplica y la puede mediante la
entre la fuerza F que fuerza de fricción f representarse siguiente figura (2):
Figura (2): relación entre la fuerza aplicada F y la fuerza de f ricción f En general µk< µs
Computadora personal Programa Data Studio instalado Interface Sciencie Worshop 750 Sensor de movimiento (CI-6742) Sensor de fuerza (CI-6537) Cajón de fricción (material madera) Una masa accesoria de 0.25 kg.
de
Conjunto de pesas (diferentes magnitudes) Carril, tope y polea más 1.60m de hilo negro. Balanza analógica.
Procedimiento para configuración de equipos y accesorios
Verificar la conexión e instalación de la interface. Ingresar al programa Data Studio y seleccionar crear experimento. Seleccionar sensor de 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 de Studio. Efectuar la calibración correspondiente considerando una frecuencia para disparo de 5 registros por segundo para el sensor de movimientos 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 0 gr. Mida y anote la masa del cajón de fricción (madera), la masa adicional, sensor de fuerza y masa total en la tabla (2).
Realizar el montaje de quipos y accesorios, tal como se muestra en la figura (3).
Genere un gráfico para dos de los parámetros medidos por el sensor de m o v i m i e n t o
y de fuerza (aceleración y fuerza). Con la calculadora genere una gráfica para la ecuación (3), tal como se muestra en la figura: *(interface de calculadora) Genere una gráfica f (fuerza de fricción) vs. F (fuerza aplicada) Aumente la precisión y coloque los encabezados correspondientes en las tablas y graficas generadas.
Primera actividad (determinación de los coeficientes de fricción)
Coloque el móvil a 15 cm del sensor de movimiento. En el porta pesos coloque una masa de 0.17 kg. Y pulse el botón inicio, agregue masas con un avance de 20 gr en cada caso. Cuando el conjunto móvil logre movimiento y llegue a la posición final (tope), pulse el botón detener. De la gráfica generada por la calculadora verifique el valor de µs y µ k, tal como se ve enla figura (2). Anote sus resultados en la tabla (3). Repetir los pasos de a) hasta d) 5 veces y calcule el promedio de µs y µk. Calcule los errores absoluto, relativo y porcentual según los datos de la tabla (1).
Tabla (2): masa del conjunto móvil Masa del cajón de fricción (kg) Masa adicional (kg) Masa del sensor de fuerza (kg) Total en (kg) Normal (kg)
0.25
Tabla (3): cálculo del coeficiente de fricción para cada valor de aceleración Dato Registrado
1
2
3
4
5
µs µk
