Coefciente y uerza de rozamiento Paula Andrea Penagos Daniela Zuluaga Parra Valentina Castaño Sergio Quiroga Fecha de realización: realiza ción: 11/10/01! 11/10/01! Fecha de entrega:
Palabras Clave: Coe"iciente de "ricción# "uerza de "ricción# gra$edad# "uerza nor%al# &eso# &lano inclinado# 'rea de contacto(
RESUMEN: )n el &resente art*culo se anal analiz izan an las las &ru &rue+as e+as real realiz izad adas as en relación al coe"iciente de roza%iento , la "uerza res&ecti$a a este( Se e-a%inan los datos datos estad*s estad*stica tica%en %ente# te# , se esta+le esta+lecen cen conclu conclusio siones nes inheren inherentes tes al estudi estudio o del coe"iciente de roza%iento en di"erentes condiciones( this is ar arti ticle cle th thee te tests sts ABSTRACT: .n th &er"or%ed in relation to the "riction coe""icient and the corres&onding to this "orce are anal,zed( Data ere statisti stat isticall call, , e-a e-a%in %ined ed and con conclus clusion ionss are set inherent to the stud, o" "riction coe""icient under di""erent conditions(
INTRODUCCIÓN a "uerza de roza%iento o "ricción es inheren inherente te a cualu cualuier ier su&er"i su&er"icie cie## &ues &ues esta esta se da a ra*z ra*z de las i%&er"e i%&er"eccione cciones# s# %a,or% %a, or%ent entee %i %icro croscó scó&ic &icas# as# en entr tree la lass su&er"icies en contacto( )sto uiere decir ue en la %a,or*a de las su&er"icies se encu en cuen entra tra &r &rese esent ntee , es ne nece cesar sario io su an'lisis &ara tener en cuenta todos los "actores en el sentido e-&eri%ental# en este caso# se analizaran caracter*sticas de
los o+2etos , su relación con la "uerza de roza%iento , el coe"iciente de roza za% %iento# se e$iidenciar' e$ r'n n sus di"erencias , se esta+lecer'n los &osi+les errores e-&eri%entales ue se dieron en la &r'ctica(
MARCO TEÓRICO )l coe"i coe"ici cien ente te de "ric "ricció ción n e-&r e-&resa esa la o&osición al desliza%iento ue o"recen las su&er"ic "icies de dos cuer&os en contacto( )s un coe"iciente adi%ensional , usual%ente se re&resenta con la letra griega 3 4%i5( )l $alor del coe"iciente de roza%iento es caracter*stico de cada &ar de %ate %ateria riale less en cont contact acto6 o6 no es una una &ro&iedad intr*nseca de un %aterial( De&e De&end ndee ade% ade%'s 's de %uch %uchos os "acto "actores res co%o co%o la te%& te%&er erat atur ura# a# el aca+ aca+ad ado o de las las su&e su&er"i r"ici cies# es# la $elo $eloci cida dad d relat relati$ i$aa entre las su&er"icies# etc( a naturaleza de este ti&o de "uerza est' ligada a las interacciones de las &art*culas %icroscó&icas de las dos su&er"icies i%&licadas( a "uerza de roza%iento surge al tratar de des&lazar un o+2eto a&o,ado en otro# tien tienee dire direcc cció ión n &ara &arale lela la al &lan &lano o de desliza%iento , sentido tal ue se o&one al %o$i%iento( Su orige rigen n est' est' en la rugo rugosi sid dad ue &ode%os a&reciar a ni$el %icroscó&ico incluso en su&er"icies &uli%entadas( as nu+e nu+ess elect electró róni nica cass ue ue recu+ recu+ren ren los los 'to%os se u+ican en los ca%&os de los n7cleos n7cleos &ositi$os &ositi$os esta+leciendo esta+leciendo enlaces enlaces ue se ro%&en cuando se des&laza un o+2eto u o+2etos( So+re So+re un +loue +loue a&o,a a&o,ado do e-isten e-isten dos inter interacc accio ione ness , cada cada una una orig origin inaa dos dos "uerzas aunue so+re el +loue solo se %ani"iesta una de ellas:
•
a interacción de la gra$edad
•
origina su &eso 8P9 a interacción del suelo origina una "uerza &er&endicular a la su&er"icie de contacto ue lo e%&u2a hacia arri+a# lla%ada la nor%al o 89
Fuerza de Tracción μ masa del bloque× a −
=
Ecuación 2
Aunue la "uerza de arrastre crezca la "ricción no &asa de su $alor %'-i%o# la "uerza de roza%iento $ar*a entre:
Imagen 3 !""p:##ca"eu$es#cn%ce#&%s%ca#1bac!#r'(am%en"'#r'(am%en"'$p&
Imagen 1 Recuperaa e !""p:##ca"eu$es#cn%ce#&%s%ca#1bac!#r'(am%en"'#r'(am%en"'$p&
Al e2ercer una "uerza de tracción se genera la "uerza de roza%iento ue $ale igual ue la "uerza de tracción hasta ue la "uerza de roza%iento alcanza su $alor %'-i%o dando lugar a la siguiente ecuación:
a constante ; descri+e las caracter*sticas de los %ateriales de las su&er"icies en contacto: ti&o de %ateriales , grado de rugosidad( < re&resenta la "uerza de contacto entre las su&er"icies ue deslizan
Fuerzade rozamiento máxima : μ × M Ecuac%)n 1
Si la "uerza de tracción su&era el $alor de la "uerza de roza%iento %'-i%a# aunue la "uerza de tracción au%ente# la "uerza de roza%iento no &asa de ese $alor# &or el contrario dis%inu,e# &orue el coe"iciente de roza%iento to%a un $alor %enor ue se lla%a coe"iciente de roza%iento din'%ico(
Imagen 4 Recuperaa e !""p:##ca"eu$es#cn%ce#&%s%ca#1bac!#r'(am%en"'#r'(am%en"'$p&
Características de la fuerza de rozamiento •
Se o&one al %o$i%iento de un
•
+loue ue se desliza so+re el &lano( )s &ro&orcional a la "uerza nor%al
•
ue e2erce el &lano so+re el +loue( o de&ende del 'rea a&arente de
•
contacto( o $ar*a
con la $elocidad de
des&laza%iento del +loue ue se &uso en %o$i%iento( Imagen 2 Recuperaa e
MATERIA*ES
!""p:##ca"eu$es#cn%ce#&%s%ca#1bac!#r'(am%en"'#r'(am%en"'$p&
Si la "uerza de tracción sigue creciendo el +loue se %o$er' con una aceleración originada &or la "uerza de arrastre %enos la "uerza de roza%iento %'-i%a as*:
os i%&le%entos utilizados &resente &r'ctica "ueron: Carril &ara carros( Cuerdas( =ase , so&orte %et'licos(
en
la
,3 Fuerza de roza%iento
Dos +loues(
Porta&esas , &esas(
cinBtico en dirección o&uesta a Fa( , @ensión o "uerza a&licada
Polea(
PROCEDIMIENTO 1( Plano horizontal: 1(1 Pesar en +loue en la +alanza# lla%arlo P( 1( >allar el 'rea %enor , %a,or del +loue a utilizar( 1(? @ras colocar el carril horizontal%ente# situar la su&er"icie %a,or del +loue so+re este( 1( Atar un e-tre%o de la cuerda al +loue# &asando a tra$Bs de la &olea , uniendo en el otro e-tre%o di$ersas &esas hasta ue el +loue ca%+ie su estado de re&oso6 esta ser' la "uerza a&licada +,a-( 1(! @ras u+icar &esas so+re el +loue %asa deno%inada . hallar la "uerza a&licada so+re este( 1(E e&etir el &rocedi%iento ca%+iando la su&er"icie de contacto &or el 'rea %enor del +loue( ( Plano inclinado: (1 ealizar el %onta2e res&ecti$o de un &lano inclinado# identi"icar su res&ecti$o 'ngulo +ɵ- , situar so+re este el +loue# haciendo contacto con la su&er"icie de %a,or 'rea( ( Situar nue$a%ente &esas so+re el +loue +.-/ deter%inar su res&ecti$o 'ngulo 4ɵs5 , &eso +0P2.-(
4Fa5 &or las %asas so+re el +loue( M4g Fuerza e2ercida &or el &eso , la aceleración 4gra$edad5 hacia a+a2o(
Imagen 6 Tomada de google imágenes
D%agrama e &uer(as en el plan' Incl%na'$ Siendo:
NG Fuerza nor%al e2ercida
&er&endicular%ente so+re el &lano inclinado( ,r Fuerza de roza%iento cinBtico en dirección o&uesta a Fa( T @ensión o "uerza a&licada 4Fa5 &or las %asas so+re el +loue( M4g Fuerza e2ercida &or el &eso , la aceleración 4gra$edad5 hacia a+a2o
D%agrama e &uer(as s'bre el plan' !'r%('n"al Siendo:
NG Fuerza nor%al e2ercida &er&endicular%ente so+re el &lano horizontal(
DISCUSIÓN 5 RESU*TADOS
Imagen 5 Tomada de google
)n este an'lisis se &resentan los resultados o+tenidos en la &r'ctica de
la+oratorio donde se calculó el coe"iciente de roza%iento , la "uerza de "ricción en dos &rue+as# una en un &lano inclinado , la otra en un &lano horizontal# en este 7lti%o se hizo uso de 'reas di"erentes( )n la &ri%era &arte se realizó el e-&eri%ento en el &lano horizontal#4$er ane-os gr'"ica 1 , 5( A el +loue con 'rea %a,or de !H#! c% I 0#1 c% , con un &eso de 1?# g I 0(01 g 4Ver ane-os5 se le a&licaron $arias "uerzas con el &ro&ósito de encontrar la "uerza necesaria &ara ue el +loue se des&lazara# luego se alternó el &eso del %is%o con di"erentes &esas , se re&itió el &roceso# al realizar una regresión lineal del ca%+io de &eso tanto del +loue co%o de las "uerzas a&licadas se o+tu$o la gr'"ica 1 4$er ane-os5 en la ue se e$idencia una &endiente de 0(0JE?0 I 0(0!EE la cual corres&onde seg7n los c'lculos a el coe"iciente de roza%iento( )n cuanto a el +loue con 'rea %enor de E c% I 0#1 c% tras realizar el %is%o &roceso se o+tu$o la gr'"ica 4Ver ane-os5 en la ue se e$idencia una &endiente# eui$alente al coe"iciente de roza%iento# de 0(01?KJ I 0(00J0( Si analiza%os con res&ecto al $alor real ace&tado en el %aterial utilizado# el acero sin lu+ricar# se tiene un coe"iciente de roza%iento a&ro-i%ado de 0(00! 4D)LADM# 01?5 de lo cual deduci%os ue a%+as 'reas tienen un coe"iciente %u, cercano# con un &orcenta2e de error en el 'rea %a,or del 0(!EN , en el 'rea %enor de (EHN# errores %u, +a2os , ue &ueden de+erse a un &ro+le%a e-&eri%ental( a des$iación est'ndar de los datos es de !(H??O10(?# lo ue indica ue los datos del 'rea %a,or , el 'rea %enor son %u, &oco dis&ersos# ade%'s de ue a%+os son %u, cercanos al $alor real# lo ue
rea"ir%a lo esta+lecido en la teor*a# el coe"iciente de roza%iento no de&ende del 'rea a&arente de contacto 4>eitt# 0015( )s e$idente ade%'s ue la regresión "ue &roducto de la &ro&orción ue e-iste entre la nor%al , el &lano# lo ue e$idencia ue es directa%ente &ro&orcional al &eso del +loue 4esnic# 1JJH5( )n la segunda &arte se re&itió el &roceso en un &lano inclinado# esta $ez solo se utilizó un 'rea# en &ri%er lugar se %idió la altura de el &lano , se o+tu$o un resultado de K(!c% I 0(1 c% , una longitud de JE(!c% I 0(1 c%# a &artir de esto se calculó el 'ngulo de inclinación con un resultado de 1K(EK I 0(01 a &artir de la tangente( Se desco%&uso la "uerza en los e2es , &or %edio de "unciones trigono%Btricas se calculó la %agnitud de la "uerza en cada e2e dando co%o resultado la gr'"ica ? 4Ver ane-os5# donde se o+tu$o una &endiente de 0(JKH00 I 0(0?E# eui$alente al coe"iciente de roza%iento ,a calculado anterior%ente , con un error en este caso del 0(HN# al co%&arar este $alor con el 'ngulo de inclinación &ode%os deter%inar uB6 la $elocidad del +loue al caer &or el &lano es %a,or entre %'s alto sea el grado de inclinación 4Alonso# s("(5 &ero la $elocidad del +loue no altera el coe"iciente de roza%iento 4Rilson# 005# el o+2eto , su "uerza nor%al son &ro&orcionales a el coe"iciente de roza%iento &ero este no $ar*a con el grado de inclinación(
CONC*USIONES Seg6n las pruebas real%(aas/ el c'e&%c%en"e e r'(am%en"' n' epene el 7rea e c'n"ac"'$
El c'e&%c%en"e e r'(am%en"' es %rec"amen"e pr'p'rc%'nal a la n'rmal$ El c'e&%c%en"e e r'(am%en"' es %nepen%en"e a la vel'c%a el bl'8ue en un plan' %ncl%na'$
BIBLIOGRAFÍA Alonso, F., s.. Física Mecanica. Tercera edicin ed. s.l.!Fondo educati"o interamericano #.A. $%LGA$O, L. F. %., &'(). DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN DE DESLIZAMIENTO, *%R%IRA + RI#ARAL$A! -I%R#I$A$ T%C-OL/GICA $% *%R%IRA. 0e1itt, *. G., &''(. Física conceptual. $2cima edicin ed. s.l.!*earson. Resnic3, (445. Fisica de Resnic. 6ta %dicion ed. s.l.!Cesca. 7ilson, 8. d., &''&. Fisica. #e9unda edicin ed. s.l.!*earson %ducation.
ANE9OS $ R;,ICAS
Gráca ! "rea #a$or del %lo&ue.
Gráca 2 "rea #enor del %lo&ue.
Gráca 3 'lano Inclinado.
