FÍSICA I Y LABORATORIO BITÁCORA Nº8 FUERZAS DE ROZAMIENTO ROZ AMIENTO
MARIA C GONZALEZ MAYKHERT PEREZ ANDRES ALMANZA JUAN DA D AVID ESPITIA KAREN MORALES ESCOBAR JOSE MARIA OLIVELLA JORGE JUAN PAEZ VASQUEZ
INGENIERÍA MECÁNICA FACULTAD DE INGENIERÍAS UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
MONTERÍA - CÓRDOBA !"#$
INTRODUCCIÓN
En el siguiente informe se evidenciaran las definiciones de fuerzas de rozamiento, en que afectan el movimiento y se determinara en función de que propiedades físicas esta fuerza varia. Se demostrara experimentalmente experimentalmente que
μs tan θ =
, se verificara verificara que las fuerzas
de rozamiento dependen de las superficies en contacto y que el coeficiente de fricción estático es mayor o igual al coeficiente de fricción cinético.
OBJETIVOS
1. ostrar ostrar experim experimenta entalmen lmente te la depende dependencia ncia de la fuerza de rozamient rozamiento o con las superficies en contacto. !. ostrar ostrar experim experimenta entalmen lmente te la depende dependencia ncia de la fuerza de rozamient rozamiento o con el peso de un cuerpo que es deslizado a lo largo de una superficie. ". #etermi #eterminar nar la relación relación entre entre el área de contacto contacto de dos cuerpo cuerpos s y la fuerza fuerza de rozamiento que se registra al deslizarlos. $. #etermi #eterminar nar los coefici coeficient entes es de fricción fricción cinético cinético y estático estático para la madera madera y el aluminio.
MONTAJE Y PROCEDIMIENTO$ 1. Determinación de la fuerza de fricción en función de las superficies en rozamiento, como se indica contacto: %ale con el dinamómetro los tacos de rozamiento, en la figura 1. &punte en una ta'la el valor de la fuerza necesaria para mantener el movimiento uniforme a los tacos de rozamiento. (ealice el experimento para madera)aluminio, li*a)aluminio y goma)aluminio. +o olvide determinar la masa del taco de madera. !. Determinación de la fuerza de fricción en función de la masa del cuerpo que es desliza deslizado: do: determine la masa del taco de madera con el pasador puesto. ire del taco de rozamiento, con el lado de madera %acia a'a*o y el pasador puesto, so're el riel de aluminio y mida la fuerza necesaria para mantenerlos con un movimiento uniforme. -oloque masas en el pasador y vuelva a repetir el experimento. ome datos de masa y fuerza y llévelos a una ta'la. ". Determinación de la fuerza de fricción en función del área de contacto entre los cuerpos: cuerpos: en el procedimiento 1 se determinó la fuerza necesaria para %alar el taco de madera con el lado anc%o %acia a'a*o, a%ora de'e repetir el mismo experimento pero colocando el taco de madera con el lado angosto %acia a'a*o. ¬e los resultados. $. Determinac Determinación ión del coeficient coeficiente e de rozamiento rozamiento estático: estático: realiza un monta*e como el mostrado en la figura !. /or medio de la longitud de los catetos del triángulo rectángulo formado entre el riel y la mesa, determine el ángulo para el cual el taco de madera comienza a deslizarse. /ara realizar este experimento de'e empu*ar suavemente el riel %acia el soporte, esto %ace que que el trián triángul gulo o aumen aumente, te, %asta %asta que que empiec empiece e a desli deslizar zarse se el taco taco de madera.
TEORIA RELACIONADA$
•
0uerza 0uerzas s de rozamie rozamiento nto Se define define como como fuerza fuerza de rozamie rozamiento nto o fuerza fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre am'as superficies 2fuerza de fricción dinámica3 o a la fuer fuerza za que que se opon opone e al inici inicio o del del movimi movimient ento o 2fuerz 2fuerza a de fricc fricció ión n estática3.
•
-oefici -oeficiente ente de rozamiento rozamiento estático estático -oefici -oeficiente ente de fricción fricción estático estático el coeficiente de fricción estático 24s3 se define como el cociente entre la fuerza de fricción estática y la fuerza normal. Su valor depende de la μs naturaleza de las superficies en contacto. 50s 6+
•
-oefici -oeficiente ente de rozamie rozamiento nto cinético cinético El coeficie coeficiente nte de fricció fricción n cinétic cinético o o dinámic dinámico o 2473, 2473, se define define como el coeficient coeficiente e entre la fuerza de fricción, fricción, cinética y dinámica y la fuerza normal. Su valor depende de la naturaleza μk de las superficies en contacto. 5076+
EVALUACIÓN$ 1. 89ué 9ué res resulta ultado dos s o'tu o'tuv vo en el proc proced edim imie ient nto o 1 cuan cuando do cam' cam'io io las las superficies en contacto: 8cómo lo explicaría: (6 &#E(&) >?&) S4/E S4/E(0 (0;;-;E ;E <;=&) <;=&) &< &< &< 01 2+3 @.!A @.1A @."$ 0! 2+3 @." @.!! @.$" 0" 2+3 @."1 @.! @.$1 +otamos que al cam'iar las superficies en contacto cam'ia la fuerza aplica para mantener el movimiento del taco de madera. Esto se de'e a que el coeficiente de rozamiento de las superficies es diferente y por tanto se requiere de fuerzas distintas para mantener el movimi movimient ento o del del taco taco de madera madera en conta contact cto o con con otras otras super superfic ficies ies de contacto
!. 4sando 4sando la masa del taco de madera madera y la fuerza medida medida por el dinamómetro, dinamómetro, μk determi determine ne el coefici coeficient ente e de fricción fricción cinético cinético entre la madera y el alumi aluminio nio.. ;nvest ;nvestigu igue e el valor valor acepta aceptado do para para este este y deter determin mine e el error error a'soluto cometido.
&#E(&) S4/E(0;-;E &< 01 2+3 @.1A 0! 2+3 @.!! 0" 2+3 @.!
/(?E#;? S4/E(0;- &#E(& ;E )&< 0 2+3 @.!1"
m= 90g→0.09kg N mg 0,09 ∙ 9,81 0,882 N =
μk
=
μk
=
=
=
Fk N 0,213 N 0,882 N
0,2414
=
μk 0.2414 =
". >raf >rafiqu ique e la fuerza fuerza medida medida en el dinamó dinamómet metro ro en funci función ón de las las masa masas s %aladas en el procedimiento !. 89ué grafica resulta: 8#epende la fuerza de fricción de la masa del cuerpo %alado:
(6 Sa'iendo que el tacoBpasador peso C$g. m5 B/5C$g
adera)&luminio B/B B/B1@ B/B1 B/B!@ @g @g @g @g m 2Dg3 02+3
@.1$$ @.""
@.1C$ @.$$
@.!$$ @.
@.!C$ @.A"
Fuerza vs Masa 1.2 1 f(x) = 3.46x - 0.05 R² = 0.99
0.8
F(N)
0.6 Linear ()
0.4 0.2 0 0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
m(kg)
@.1$$ @.$$
@.1C$ @.
@.!$$ @.AA
@.!C$ @.CF
Fuerza vs Masa 1 0.8 0.6
f(x) = 5.06x - 0.64 R² = 0.92
F(N) 0.4
Linear ()
0.2 0 0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
m(kg)
$. -on respect respecto o al procedimi procedimiento ento ". -ompare -ompare las fuerzas fuerzas registr registradas adas con con el taco de madera para cuando se %alo acostado y de lado 89ué puede concluir: (6 &(E&S #E #e lado @.!$ @.!$ @.!$
-?+&-?+&-? ? acostado @.1A @.!! @.!
+otamos que la fuerza de rozamiento rozamiento fue aparentemente aparentemente igual para las dos áreas de contacto, aunque los nGmeros no coincidan, se toma como margen de error que que el pulso pulso al %alar %alar no siempr siempre e nos nos dará dará el mismo mismo resulta resultado do,, por por tanto tanto se concluye que, la fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.
. #emuest #emuestre re que para para el monta*e monta*e de de la figura figura ! se cumple cumple que donde
μs
es el coeficiente de rozamiento estático y
inclinación del riel de aluminio. 8-uánto vale
μs
μs tan θ =
,
θ es el ángulo de
en su experimento:
(6 &l estar el taco so're el plano inclinado de ángulo α, para que comience a deslizarse, es preciso que la componente tangencial sea igual a la fuerza um'ral de rozamiento, es decir. μs
+
Siendo
μs
5
213 el coeficiente de rozamiento estático y + la componente normalH pero
por otra parte tan θ
5+
2!3
+5 + 5
tan θ
tan θ
2"3
Iasta medir el ángulo α con la cual se inicia el desplazamiento para poder deducir μs el valor de .Entonces
L%&'-A()*%+%, -o5cateto opuesto5!C."cm -a5cateto adyacente5.!cm μs tan ∝ =
=
co ca
=
29.3 66.2
0.442
=
μs
5@.$$!
M'./'-A()*%+%,
-o5!$.1cm -a5A.!cm
μs tan ∝ =
μs
=
co ca
=
24.1 67.2
0.358
=
5@."F
G,*'-A()*%+%,$ -o5"C.1cm -a5C.1cm
μs tan ∝ =
μs
=
co ca
=
39.1 59.1
5@.!
0.662
=
. -ompa mpare los los valor alore es de
μk
y
μs
o'tenidos para la madera y el
aluminio. 8-uál es mayor y porque: (6 μk 0.2414 =
μs
5@."F
El mayor es el coeficiente de fricción estática, puesto que en el momento en que el o'*eto esta en reposo opone mayor fuerza a el movimiento en cam'io cuando lleva una velocidad, una fuerza menor puede mantener el movimiento.
A. 8En qué qué situaciones situaciones se aplica aplica el rozamiento: rozamiento: 8Es algo indesea' indesea'le: le: (6
/ara mover el mue'le, primero %ay que venc vencer er la fuerz fuerza a de roce estática.
-uando el pistón se mueve en su carrera ascendente en la carrera de compresión, el rozamiento entre las superficies en contacto de anillos y camisa produce una fuerza f 1 so're el anillo que tiende a apretar su cara inferior con la correspondiente de la ranura del pistón.
El rozamiento a veces es desea'le es necesario para andar o equili'rar o'*etosH otras otras veces veces es indesea'le indesea'le y se intenta minimizar minimizar,, ya que consume consume energía energía y desgasta las superficies.
CONCLUSIÓN
Se concluye que con la experiencia de la'oratorio se demostró como depende la fuerza de rozamiento con la superficie de contacto, cuanto más rugosa mayor el coefi coeficie ciente nte de fricc fricción ión tanto tanto cinéti cinético co como como estát estático ico y por por ende ende mayor mayor fuerza fuerza resistiva o fuerza de fricción.
am'ién se mostró cómo influye el peso del cuerpo en la resistencia que e*erce la fuerza de fricción por que a medida que aumenta el peso o las componentes del peso en la fuerza normal va a %a'er un empu*e %acia de'a*o que *unto con la fuerza de fricción van a producir una mayor resistencia al movimiento.
am'ién puede concluirse que la fuerza de fricción no es dependiente del área de contacto entre las superficies, ésta sólo depende de la fuerza normal que e*erce el cuerpo so're la superficie y el coeficiente de fricción entre las dos superficies de contacto.
