Guia 5 Fuerza de Rozamiento

GUIAS DE PRACTICA EN LABORATORIO

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NOMBRE DE LA PRACTICA

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Fuerza de rozamiento y coeficiente de fricción cinético y estático

1. Autore Autores: s:

ENRIQUE CANTILLO DAGER. [email protected] Cel. 301 637 6467. 1-Ingeniero Civil, Universidad Industrial de Santander (UIS). Bucaramanga 2-Especialista en Física General, Universidad del Norte. Barranquilla 3-Especialista en Administración Pública, Universidad Antonio Nariño. Bogotá. 4-Estudios de Economía, Universidad Tecnológica de Bolívar. (UTB) 5-Diplomado en Docencia Universitaria, Universidad de Cienfuegos-Cuba. 6-Candidato a Magister en Física Aplicada, Uninorte. Barranquilla 7-Diplomado, Tutoría en Ambientes Virtuales de Aprendizaje (AVA), Ministerio de EducaciónNacional de Colombia Colombia (MEN) –Universidad –Universidad Autónoma de Bucaramanga (UNAB) 8-Diplomado, Docencia y Mediación Pedagógica en la Virtualidad (MEN-UNAB)

2. Generalidades Generalidades 

Fuerza de rozamiento

La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. Es la causante, por ejempl ejemplo, o, de que podamo podamoss andar andar (cuest (cuesta a mucho mucho más andar sobre sobre una superf superfici icie e con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso). Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que están en contacto. Habl Hablam amos os ento entonc nces es de Fuer Fuerza za de roza rozami mien ento to estática. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento estática que se opone al movimiento.

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Si aumentamos la fuerza con laque empujamos, llegará un momento en que superemos está fuerza de rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda mover, tal como podemos observar en la animación que mostramos aquí. Una vez que el cuerpo empieza a moverse, hablamos de fuerza de rozamiento dinámica. Esta fuerza de rozamiento dinámica es menor que la fuerza de rozamiento estática. La experiencia nos muestra que: la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los dos cuerpos , pero sí depende de cuál sea la naturaleza de esa superficie de contacto , es decir, de que materiales la formen y si es más o menos rugosa. la magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la Normal entre los dos cuerpos, es d ecir:

•

•

3. Objetivo de la práctica Calcular el coeficiente de rozamiento estático y cinético entre dos superficies 4. Marco teórico La fuerza de rozamiento es una fuerza que se opone al deslizamiento de una superficie sobre otra, debido a las aspereza de las superficies a nivel microscópico. Estas fuerzas son causa del desgaste de llantas, motores, zapatos, ropa, etc. Pero a vez es la que nos permite caminar, sentarnos, escribir, etc. Esta fuerza es directamente proporcional a la fuerza normal y es independiente al área de las superficies en contacto, esto es:

F µ N si el cuerpo está en reposo(fig.1) s

F

k

=

s

=

µ k N

si el cuerpo está en movimiento(fig.2)

µ y µ son los coeficientes de rozamiento estático y cinético, lo s cuales son a dimensionales s

k

Si aplicamos la fuerza F sobre el bloque (figura 1) Para el instante que el bloque inicie su movimiento se cumple: Fs = F

N`

N` F

Fs

V

Fk

Fig. 1

Fig. 2

Wc

Wc

F




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5. Metodología 5.1 Materiales, equipos y/ o reactivos

Un plano inclinado de ángulo variable y polea fija 1. Un banco de madera con caras cubierto de lija tela y corcho 1. Una cuerda, vaso con arena o arroz 1. Balanza 1. un transportador 1. regla de 1m 5.2 Procedimiento Primera forma

1. Realiza el montaje como te indica la fig.3 colocando el banco con la cara con lija hacia abajo

N` Vaso arena

T

Fs

con

Fig. 3 Wc

Porta pesos

2. Vaciar el contenido del vaso lentamente hasta que el cuerpo rompo la inercia (fig.4) Para ese instante se cumple:

T F =

s

Por lo tanto

=

µ s N

donde

N W y T W =

C

=

P




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T

µ

=

S

N

=

W W

P

C

Wp y Wc se pesan en la balanza Con esto se ha calculado el coeficiente de rozamiento estático entre la madera y lij a

N` T

Fs

Fig. 4 Wc

Porta pesos

Wp

WP = WC =

µ

=

S M L −

−

W W

P

C

=




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3. Repetir la experiencia colocando el banco de madera sobre la cara de madera hacia abajo y obtendremos el coeficiente de rozamiento estático de madera con madera. Esto es WP = WC =

µ

=

S M M −

−

W W

P

=

C

4. Repetir la experiencia colocando el banco de madera sobre la cara de tela hacia abajo y obtendremos el coeficiente de rozamiento estático de madera con tela. Esto es WP = WC =

µ

=

S M T −

−

W W

P

=

C

5. Repetir la experiencia colocando el banco de madera sobre la cara de corcho hacia abajo y obtendremos el coeficiente de rozamiento estático de madera con corcho. Esto es WP = WC =




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µ

=

S M C −

−

W W

P

=

C

Para calcular los coeficientes de rozamiento cinéticos se procede de la misma forma que calculamos los coeficientes de rozamiento estáticos pero en la medida que se vaciando la arena se va moviendo el bloque de madera hasta que su movimiento sea uniforme (aproximadamente) Bajo estas condiciones se cumple que:

T F =

K

=

µ K N

Donde

N W y T W =

C

=

P

Por lo tanto

T

µ

=

K

N

=

W W

P

donde

C

Wp y Wc se pesan en la balanza, entonces

µ

=

K M M −

−

W W

P

=

C

Repetir la experiencia colocando el banco de madera sobre las caras de madera, tela y corcho para calcular los coeficientes de rozamientos cinéticos de madera con madera, madera con corcho y madera con tela Segunda forma

1. Montaje según la figura 5, colocando el banco de madera con la cara recubierto de lija

N FS Wcsenθ θ

b

θ

Wc Fig.5

Wccosθh




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2. Se va levantando el plano inclinado lentamente hasta que el bloque de madera rompa la inercia, en ese instante se cumple que:

F W senθ µ N (1) entonces S

=

=

C

µ S N

=

S

W senθ (2) C

N W =

C cos

θ

(3)

Combinando las ecuaciones 2 y 3 obtenemos

µ

tan θ

=

S

h =

b

, donde h y b son la altura y la base del plano para el instante en el cual se

rompe la inercia del bloque de madera y baja (acelerado) h= b=

µ

=

K M L −

−

tan θ

h =

b

=




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3. Repetir la experiencia colocando el banco de madera sobre las caras de madera, tela y corcho para calcular los coeficientes de rozamientos estáticos, de madera con madera, madera con corcho y madera con tela respectivamente. . Para calcular los coeficientes de rozamiento cinéticos se procede de la misma forma que calculamos los coeficientes de rozamiento estáticos pero en la medida que se levantando el plano inclinado se va moviendo el bloque de madera hasta que su movimiento de bajada sea uniforme (aproximadamente) Para ese instante se cumple que:

F W senθ µ N (4) entonces K

=

=

C

µ K N

=

K

W senθ (5) C

N W =

C cos

θ

(6)

Combinando las ecuaciones 5 y 6 obtenemos

µ

=

K

tan θ

h =

b

, donde h y b son la altura y la base para el cual el cuerpo baja con

movimiento uniforme (aproximadamente) h= b=

µ

=

K M L −

−

tan θ

h =

b




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5. Repetir la experiencia colocando el banco de madera sobre las caras de madera, tela y corcho para calcular los coeficientes de rozamientos cinéticos de madera con madera, madera con corcho y madera con tela respectivamente.

5.3 Precauciones o riesgos de la práctica

Manejo adecuado de los materiales utilizados en la práctica.

6. Condiciones para la realización de la práctica

Las prácticas se desarrollarán en un ambiente con una buena ventilación, iluminación normal o salones con aires acondicionados y el tiempo esta es proporcional al número de estudiante, en promedio las prácticas se realizan entre 60 a 120 minutos. 7. Situaciones problemicas

1. Al colocar el banco de madera sobre el plano inclinado, del lado de lija, y se va levantando el plano lentamente hasta romper la inercia, se inicia un movimiento. ¿Cuánto tiempo tardaría el bloque de madera para llegar a la base del plano si la longitud de este fuera de 1km? 2. Al colocar el banco de madera sobre el plano inclinado, del lado de la tela, y se va levantando el plano lentamente hasta romper la inercia, se inicia un movimiento. Que fuerza es necesario para que el bloque suba, en ese instante, con una aceleración de 2m/seg.2

8. Resultados y conclusiones de la práctica

El estudiante debe presentar informe de laboratorio que contenga: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Introducción Objetivo. Marco teórico. Aplicación ( contextualización) Procedimiento. Lista de materiales Conclusión

9. Referencias bibliográficas




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Fuerza de rozamiento y coeficiente de fricción cinético y estático 

SERWAY, Raymond. Física tomo I. Editorial McGraw Hill.



TIPPENS, Paúl. Física Conceptos y Aplicaciones. Ed itorial McGraw Hill.



WILSON – Buffa Física Quinta Edición Editorial Pearson Educación.



NUEVA FÍSICA 10, Edición para el docente editorial Sasntillana.

7. CONTROL DE CAMBIOS Versión del Fecha del Documento Descripción del Cambio documento anterior Anterior

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