Fuerzas De Rozamiento María Angélica Suárez - Georgette Celis - Jesús Estrada Ing. Alimentos Universidad de Córdoba
RESUMEN En este trabajo práctico estudiamos las fuerzas de rozamiento tanto dinámica como estática utilizando y comprobando las leyes de la dinámica y la relación entre fuerza de roce y la normal. También observamos sus variaciones al alterar la masa del cuerpo y el ángulo del plano inclinado en el caso de la fuerza de rozamiento estática. Además determinamos el coeficiente de rozamiento para ambos casos.
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1 INTRODUCCIÓN La fuerza de rozamiento es una fuerza de resistencia al movimiento relativo de dos cuerpos en contacto. En este informe de laboratorio de física I se estudiará y se analizará la dependencia de la fuerza de rozamiento con las superficies en contacto, señalando que dicha dependencia guarda relación tanto con el peso del cuerpo, como con el área donde se presenta el contacto, lo cual da pie para determinar los coeficientes de fricción cinético y estático. Mostrando experimentalmente la dependencia de la fuerza de rozamiento con el peso de un cuerpo que es deslizado a lo largo de una superficie. Esto para determinar los coeficientes de fricción cinético y estático para la madera y el aluminio, y el ángulo que se forma en la inclinación de la plataforma de aluminio con el suelo.
2 MARCO TEÓRICO Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática).
perfectamente, si no 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 paralela a las superficies en contacto. [1] = ∗ . (1) Donde Fr: fuerza de rozamiento : Coeficiente de la fuerza N: la fuerza normal Para la fuerza en el eje y = − = 0 (2) Donde Fy: es la fuerza en el eje y N: es la fuerza normal W: es el peso (es masa por gravedad) En donde estas dos fuerzas se anulan
= − = 0 (3) Donde Fx: es la fuerza en el eje x F: es la fuerza que se le aplica al cuerpo Fr: es la fuerza de rozamiento
= ∗ (4) En donde la aceleración es igual a cero (0) Fneta: fuerza neta m: es la masa del cuerpo a: es la aceleración
EA= Vr – Vr – Va Va (5) Se genera debido a las imperfecciones, mayor mente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre entre ambas superficies no lo sea
En donde EA= error absoluto Vr=medida o valor realizado Va=medida o valor aceptado
3 MONTAJE Y PROCEDIMIENTO Para la experimentación de las fuerzas de rozamiento se divido en cuatro partes, se utilizó unos instrumentos, los cuales se pueden apreciar en la figura 1, tres de ell as realizaron de forma análoga con la figura 1. La primera parte, en donde se determinó la fuerza que se necesitó para mantener en movimiento a los tacos de rozamiento, con diferentes superficies, como la madera, lija y goma sobre una tabla de aluminio. Posteriormente, en la segunda parte, se determinó la fuerza necesaria para mantener el movimiento uniforme con diferentes masas de la superficie de madera sobre el riel de aluminio, donde se halo y se anotó dicha fuerza. La tercera parte, consistió en determinar la fuerza necesaria para halar al taco madera, con el lado ancho y lado angosto, sobre el riel de aluminio. Para la etapa cuarta se utilizaron unos instrumentos, los cuales se pueden apreciar en la figura 2. En la cuarta parte consistió en inclinar el riel de aluminio hasta el punto que el taco de madera se deslizara suavemente sobre dicho riel, posteriormente se anotaron las medidas de los catetos, ya que se formó un triángulo rectángulo entre el riel y la mesa, donde se realizaron los cálculos indirectos para determinar el coeficiente de rozamiento estático.
Figura 2 Instrumentos y montaje la medición del coeficiente estático
4 RESULTADOS Y ANÁLISIS Masa de madera= 0.9 kg
Tabla 1. Relación de la superficie de contacto vs fuerza
Superficie de Contacto
Fuerza (N)
Lija-aluminio 0.9 Goma-aluminio 0.9 La tabla 1 se muestra las diferentes fuerzas que se requerida para mantener el movimiento uniforme a los tacos de rozamiento (superficies de contacto)
Tabla 2 Relación la fuerza de fricción vs masas del taco de madera
Masa del cuerpo
F(N)
Taco de madera+0.05kg 0.25 Taco de madera+0.1kg 0.4 Taco de madera+0.15kg 0.5 Taco de madera+0.2kg 0.6 La tabla 2 muestra la fuerza de fricción requerida para mantener en movimiento uniforme vs las diferentes masas del taco de madera.
Tabla 3 Relación de la fuerza del dinamómetro vs masas con el taco de madera
Figura 1 Instrumentos y montaje para la determinación de la fuerza necesaria para mover los cuerpos
Masa de madera + pesas (kg)
F(N)
0.14 0.19 0.24
0.25 0.4 0.5
0.29 0.6 La tabla 3 se muestra la fuerza del dinamómetro en función de las masas de taco de madera para mantener el movimiento uniforme
Tabla 4. Fuerza de fricción en función del área de contacto entre los cuerpos. Taco de madera (masa= 0.9 kg) Area de contacto Fuerza (N) Ancha 0,2 Angosta 0,2 La tabla 5 muestra las áreas del taco de madera con su respectiva fuerza de fricción necesaria para mantener el movimiento uniforme
EA= Vr – Va EA= 0.262- 0.27= -0.003
3. Grafique la magnitud de la fuerza medida en el dinamómetro en función de los pesos sobre las masas del procedimiento 2. ¿Qué gráfica resulta? ¿Depende la fuerza de fricción de la masa del peso sobre cada masa?
GRAFICA DE FUERZA VS MASA DE LAS PESAS 0.7 0.6
Respuesta a las preguntas de evaluación . 1. ¿Qué resultados obtuvo en el procedimiento 1 cuando cambió las superficies en contacto? ¿Cómo lo explicaría? R= cuando se cambió la superficie de contacto se pudo observar que la fuerza de fricción de la gomaaluminio es mayor que la madera-aluminio y esta su vez es mayor que la lija aluminio. La goma resulto ser el material donde se necesita mayor fuerza para lograr mover el taco. Esto nos lleva a que el coeficiente de rozamiento entre la goma y el aluminio debe ser mayor que el de los otros materiales trabajados, basados en la teoría, debido a que el coeficiente de rozamiento corresponde a la constante de proporcionalidad y para este caso se conoce que la fuerza normal F N es constante ya que la masa es igual en todos los casos. 2. Usando la masa del taco de madera y la fuerza medida por el dinamómetro, determine el coeficiente de fricción cinético μc entre la madera y el aluminio. Consulte el valor teórico aceptado para éste y determine el error absoluto. R= µ =
Coeficiente de fricción la madera y el aluminio
µ=
. .9
= 0.262
Teóricamente el µc para la madera en el aluminio se encuentra entre valores de 0,2 y 0,5 por lo que el valor obtenido se encuentra cerca de los valores teóricos. Para calcular el error absoluto se tomara un valor promedio teórico es 0.27 Para calcular el error absoluto se realiza es con la siguiente ecuación:
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.14
0.19
0.24
0.29
R= la gráfica se encuentra en el anexo 1. Resulta una gráfica lineal directamente proporcional que sale del origen. La fuerza de fricción si depende de la masa ya que la fricción se define como = ∗ , pero la normal es igual al w=mg, es decir que depende de la masa del objeto. Al aumentar la masa del cuerpo la fuerza de rozamiento aumentara, ya que esta es proporcional a la fuerza normal, la cual es el producto entre la masa y la gravedad. 4. Con respecto al procedimiento 3. Compare las fuerzas registradas con el taco de madera para cuando se haló acostado y de lado ¿Qué puede concluir? R= la fuerza del taco de madera con el lado ancho fue de 0.9 N. Mientras la fuerza del taco de madera en el lado angosto fue de 0.2 N. Podemos concluir que hay una diferencia de las fuerzas de fricción entre los dos lados del taco de madera, ya que hubo un coeficiente mayor en lado ancho del taco de la madera que en otro lado de dicho taco. 5. Muestre que para el montaje de la figura 2 se cumple que μe = tanθ, donde μe es el coeficiente de
rozamiento estático y θ el ángulo de inclinación del riel de aluminio. ¿Cuánto vale μe en su experimento? R= Fr = µe F N mgSen θ = µe mgCos θ µe = Sen θ / Cos θ µe = Tan θ
inclinada, entendiendo que para todos los casos se cumple el rozamiento, a no ser de que una de las superficies sea completamente lisa, haciendo que no se genere este contacto, mediante este laboratorio y la aplicación de las fórmulas de rozamiento se pudo entender este “fenómeno” y tener una aproximación verdadera de la fuerza que se genera.
6. Compare los valores de μc y μe obtenidos para la madera y el aluminio. ¿Cuál es mayor y por qué? R= Comparando los valor de μc y μe que se obtuvieron de la madera y el aluminio, el coeficiente de rozamiento estático es mayor ya que las fuerzas de fricción estáticas q ue se producen por la interacción entre las irregularidades de las dos superficies se incrementarán para evitar cualquier movimiento relativo hasta un límite donde ya empieza el movimiento. Ese umbral del movimiento, está caracterizado por el coeficiente de fricción estático y éste es típicamente mayor que el coeficiente de fricción dinámico 7. ¿En qué situaciones se aplica el rozamiento? ¿Es algo necesario o no? R= El rozamiento se aplica en las situaciones cuando movemos un objeto, cuando se frena un automóvil que se encuentra en movimiento o simplemente cuando caminamos. El rozamiento es algo necesario, ya que sin fricción no podríamos transportarnos, es decir no podríamos usar motos, bicicleta e incluso caminar, no podríamos hacer fuego con los fósforos
5 CONCLUSION De la práctica realizada, se puede concluir que el coeficiente de rozamiento depende de si el sistema está en reposo o hay desplazamiento, pues observamos que para el caso estático, el coeficiente de rozamiento era mayor que para el caso del rozamiento cinético. También concluimos que la fuerza de rozamiento, ya sea en el caso estático o cinético,guarda una relación lineal con la fuerza normal. La fricción depende de la masa de los cuerpos, de las superficies y del material del objeto o un cuerpo que se esté moviendo. Podemos ver la importancia y entender más a fondo sobre lo que es el rozamiento, desempeñando una función en nuestras vidas, entendiéndolo como la fuerza que se genera al haber contacto entre dos superficies ya sea en una superficie plana o
6 REFERENCIAS [1] ZALAMEA EDUARDO, RODRIGUEZ JAIRO, PARIS ROBERTO, FISICA 10º BOGOTA: EDUCAR EDITORES, 2001 2ª EDICION
