TEMA: ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO En la práctica de laboratorio N°4 Observamos como se define el rozamiento de superficies en contacto de cuerpos sólidos en ausencia de una capa separadora de fluido lubricante. El rozamiento tiene una gran importancia económica, se estima que si se le prestase mayor atención se podría ahorrar muchísima energía y recursos económicos, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó desapercibido. En el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las leyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficies planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos en los libros de Física General: ·La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano. ·La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque. ·La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto.
Abstract SLIDING FRICTION In laboratory practice No. 4 We observe how the friction of surfaces in contact with solid bodies is defined in the absence of a separating layer of lubricating fluid. The friction is of great economic importance, it is estimated that if you pay more attention could save a lot of energy and economic resources, the study of friction begins with Leonardo da Vinci who deduced the laws governing the movement of a rectangular block that slides on A flat surface. However, this study went unnoticed. In the 17th century Guillaume Amontons, a French physicist, rediscovered the laws of friction by studying the dry sliding of two flat surfaces. The conclusions of Amontons are essentially those that we study in the General Physics books: • The friction force opposes the movement of a block that slides on a plane. • The friction force is proportional to the normal force exerted by the plane on the block. • The friction force does not does not depend on the apparent area of contact.
Tema: rozamiento por deslizamiento Objetivo Analizar cómo obtener experimentalmente el coeficiente de razonamiento estático o dinámico ų entre distintas substancias que se encuentran en contacto y verificar las leyes de rozamiento. Identificar los tipos de rozamiento existentes entre superficies.
cuando los cuerpos en contacto están en movimiento. Método para encontrar coeficiente de rozamiento dinámico en una superficie horizontal. Halamos el cuerpo con una fuerza F manteniendo la velocidad constante F = frc = N = mg
Marco Teórico Fuerza de rozamiento por deslizamiento. La fuerza de rozamiento por deslizamiento se produce cuando los cuerpos están en contacto y se opone al movimiento y depende de la rugosidad de las superficies y está determinada por la siguiente ley: Fr = - μN Donde μ es el coeficiente de rozamiento que depende de la rugosidad de las superficies y se tiene dos coeficientes un estático cuando los cuerpos en contacto está en reposo y dinámico
=
Si hacemos una dependencia funcional entre la fuerza F y la normal obtenemos una relación directamente proporcional y si graficamos obtenemos una línea recta cuya pendiente es el coeficiente de rozamiento. El rozamiento entre dos superficies en contacto ha sido aprovechado por nuestros antepasados más remotos para hacer fuego frotando maderas. En nuestra época, el rozamiento tiene una gran importancia económica, se estima que si se le prestase mayor atención se podría ahorrar muchísima energía y recursos económicos.
Históricamente, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó desapercibido.
Finalmente, la presencia de aceite o de grasa en las superficies en contacto evita las soldaduras al revestirlas de un material inerte. La explicación de que la fuerza de rozamiento es independiente del área de la superficie aparente de contacto es la siguiente:
En el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las leyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficies planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos en los libros de Física General: La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano. La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque. La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto. El científico francés Coulomb añadió una propiedad más Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.
Explicación del origen del rozamiento por contacto La mayoría de las superficies, aún las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscópica. Los picos de las dos superficies que se ponen en contacto determinan el área real de contacto que es una pequeña proporción del área aparente de contacto (el área de la base del bloque). El área real de contacto aumenta cuando aumenta la presión (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.
En la figura, la superficie más pequeña de un bloque está situada sobre un plano. En el dibujo situado arriba, vemos un esquema de lo que se vería al microscopio: grandes deformaciones de los picos de las dos superficies que están en contacto. Por cada unidad de superficie del bloque, el área de contacto real es relativamente grande (aunque esta es una pequeña fracción de la superficie aparente de contacto, es decir, el área de la base del bloque).
Los metales tienden a soldarse en frío, debido a las fuerzas de atracción que ligan a las moléculas de una superficie con las moléculas de la otra. Estas soldaduras tienen que romperse para que el deslizamiento se produzca. Además, existe siempre la incrustación de los picos con los valles. Este es el origen del rozamiento estático. Cuando el bloque desliza sobre el plano, las soldaduras en frío se rompen y se rehacen constantemente. Pero la cantidad de soldaduras que haya en cualquier momento se reduce por debajo del valor estático, de modo que el coeficiente de rozamiento cinético es menor que el coeficiente de rozamiento estático.
En la figura, la superficie más grande del bloque está situada sobre el plano. El dibujo muestra ahora que las deformaciones de los picos en contacto son ahora más pequeñas por que la presión es más pequeña. Por tanto, un área relativamente más pequeña está en contacto real por unidad de superficie del bloque. Como el área aparente en contacto del bloque es mayor, se deduce que el área real total de contacto es esencialmente la misma en ambos casos.
LA FUERZA NORMAL La fuerza normal, reacción del plano o fuerza que ejerce el plano sobre el bloque depende del peso del bloque, la inclinación del plano y de otras fuerzas que se ejerzan sobre el bloque.
y el plano sobre el cual desliza. Si el bloque desliza con velocidad constante la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de rozamiento por deslizamiento Fk.
Podemos investigar la dependencia de Fk con la fuerza normal N. Veremos que si duplicamos la masa m del bloque que desliza colocando encima de éste otro igual, la fuerza normal N se duplica, la fuerza F con la que tiramos del bloque se duplica y por tanto, Fk se duplica.
Supongamos que un bloque de masa m está en reposo sobre una superficie horizontal, las únicas fuerzas que actúan sobre él son el peso mg y la fuerza y la fuerza normal N. De las condiciones de equilibrio se obtiene que la fuerza normal N es igual al peso mg
La fuerza de rozamiento por deslizamiento Fk es proporcional a la fuerza normal N.
N=mg
Fr = - μN La constante de proporcionalidad μk es un número sin dimensiones que se denomina coeficiente de rozamiento cinético.
Si ahora, el plano está inclinado un ángulo θ , el bloque está en equilibrio en sentido perpendicular al plano inclinado por lo que la fuerza normal N es igual a la componente del peso perpendicular al plano, N=mg·cosθ
El valor de μk es casi independiente del valor de la velocidad para velocidades relativas pequeñas entre las superficies, y decrece lentamente cuando el valor de la velocidad aumenta.
Fuerza de rozamiento estático También existe una fuerza de rozamiento entre dos objetos que no están en movimiento relativo.
Consideremos de nuevo el bloque sobre la superficie horizontal. Si además atamos una cuerda al bloque que forme un ángulo θ con la horizontal, la fuerza normal deja de ser igual al peso. La condición de equilibrio en la dirección perpendicular al plano establece N+ F·sinθ =mg
Fuerza de rozamiento por deslizamiento En la figura, se muestra un bloque arrastrado por una fuerza F horizontal. Sobre el bloque actúan el peso mg, la fuerza normal N que es igual al peso, y la fuerza de rozamiento Fk entre el bloque
Como vemos en la figura, la fuerza F aplicada sobre el bloque aumenta gradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como la aceleración es cero la fuerza aplicada es igual y opuesta a la fuerza de rozamiento Fs. =
La máxima fuerza de rozamiento corresponde al instante en el que el bloque está a punto de deslizar.
á = La constante de proporcionalidades se denomina coeficiente de rozamiento estático. Los coeficientes estático y cinético dependen de las condiciones de preparación y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del área de la superficie de contacto.
Método Para encontrar coeficiente
de rozamiento estático en una superficie inclinada cuerpo moviéndose hacia abajo.
DINAMÓMETRO
Si alzamos el cuerpo en la superficie del plano inclinado desde un ángulo de cero grados hasta que empieza a deslizarse obtenemos que:
= = = =
REGLA GRADUADA
Método para encontrar coeficiente de rozamiento superficie inclinada cuerpo moviéndose hacia arriba. Colocamos al cuerpo a una inclinación α y lo halamos con una fuerza F y manteniendo una velocidad constante lo cual nos permite igualar las fuerzas
= +
GRADUADOR
= + De tal forma que podemos calcular el coeficiente de rozamiento dinámico
=
−
MATERIALES Y EQUIPOS RAMPA MATERIAL DE MONTAJE
PROCEDIMIENTO Plano Horizontal Determinar el peso del cuerpo de prueba (N) Coloque el cuerpo de prueba sobre la superficie de la mesa y conéctelo al dinamómetro. Hale este con movimiento uniforme hasta que se rompa el estado de equilibrio. Repita esta operación 10 veces. Aumente el peso del cuerpo, mediante pesos sobre el (N+50gf, N+100 gf, N y N +200 gf.). Y efectué la operación anterior. Recuerde que el dinamómetro debe estar encerado en esta disposición.
Plano Inclinado con el cuerpo de prueba descendiendo. Coloque el cuerpo de prueba en la parte superior del plano inclinado y lentamente aumente la inclinación de este, hasta que aquel comience libremente a deslizarse.
SUPERFICIES: Madera/aluminio Peso del cuerpo Inclinación de prueba y adicionales W(N) W=2,15 N 18° W+50 gf.=2,64 18° W+100gf.=3,13 18° W+150gf.=3,62 18° W+200 gf.=4,11 18°
SUPERFICIES: Madera/aluminio Peso del Incli Fuerza cuerpo de nació normal (N) prueba w n α W=2,15 N
0°
W=2,15 N
5°
W=2,15 N
15°
Plano Inclinado con el cuerpo de prueba ascendiendo.
W=2,15 N
30°
Acople el cuerpo de prueba al dinamómetro previamente encerado. Aplique una fuerza progresiva hasta que el movimiento del cuerpo sea inminente. Repita esta operación diez veces.
W=2,15 N
45°
Efectué este proceso para Inclinaciones de 5°,15°,30° y 45°
Actividad- Preguntas
Tabulación de Datos:
2.-Plano Inclinado con el cuerpo de prueba descendiendo
Fuer za de tracci ón F 0,7N
2,15cos(0°) =2,15N 2,15cos(5°) 0,9 N =2,14N 2,15cos(15°) 1,25 =2,08N N 2,15cos(30°) 1,7 N =1,86N 2,15cos(45°) 1,95 =1,52N N
=
− tan
0,326 0,333 0,333 0,337 0,283
̅ =0,32
A.-Considerando la primera parte del experimento realice los gráficos: fuerza de tracción fuerza normal
1.- Plano Horizontal SUPERFICIES: Madera/aluminio Peso del cuerpo Fuerza de = de prueba y tracción F adicionales N N=2,15 N 0,70 0,326 N+50 gf.=2,64 0,85 0,322 N+100 gf.=3,13 1,00 0,319 N+150 gf.=3,64 1,15 0,318 N+200gf.= 4,11 1,30 0,316 ̅ = 0,32
0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 ̅ = 0,32
3.- Plano inclinado con el cuerpo de prueba ascendiendo
Determine luego de diez medidas, la inclinación media repita esta operación aumentando el peso del cuerpo (+ 50gf., + 100 gf .,+ 150gf.,+ 200 gf.).
ANÁLISIS DE RESULTADOS
= tan
FUERZA NORMAL 1.4
N 1.2 O I C 1 C A0.8 R T 0.6 E D0.4 A0.2 Z R 0 E U F
N=2,15 N
N+50 gf.=2,64
N+100 gf.=3,13
N+150 N+200gf.= gf.=3,64 4,11
FUERZA NORMAL
Grafico1.Fuerza de tracción- Fuerza Normal
Análisis: El coeficiente de rozamiento no es
Análisis: Análisis físico A medida que el peso aumenta la fuerza de tracción también aumenta por tanto es directamente proporcional. Peso ∝ Fuerza de tracción
Fuerza normal – Coeficiente rozamiento
de
el mismo porque aunque aumentaba el peso del cuerpo el ángulo para que se deslice seguía valiendo 18° es decir el coeficiente se mantenía constante.
D.-construya un cuadro resumen de coeficientes de rozamiento para diferentes superficies de contacto, en base a los resultados obtenidos por sus compañeros. Coeficientes de rozamientos
FUERZA NORMALCOEFICIENTE DE ROZAMIENTO 0.4
L A M0.3 R O0.2 N A Z 0.1 R E U 0 F
Madera/
Metal/
Alumini
Cobre/
aluminio
vidrio
o/hierro
madera
0.32
0.23
0.16
0.18
E.- Explique las características y origen de la fuerza de rozamiento, desde una concepción moderna 2,15
2,64
3,13
3,62
4,11
COEFICIENTE DE ROZAMIENTO
Grafico 2.Fuerza normal- Coeficiente de rozamiento
Análisis: El coeficiente de rozamiento no varía mucho porque las superficies en contacto no cambian, lo que cambia es el peso y su fuerza de tracción.
B.- En base a la segunda parte realice el grafico: peso del cuerpo- coeficiente de rozamiento y realice un estudio de el
El rozamiento entre dos superficies en contacto ha sido aprovechado por nuestros antepasados más remotos para hacer fuego frotando maderas. En nuestra época, el rozamiento tiene una gran importancia económica, se estima que si se le prestase mayor atención se podría ahorrar muchísima energía y recursos económicos. Históricamente, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó desapercibido. En el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las leyes del rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficies planas. Las conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos en los libros de Física General:
Grafico 3. Peso del cuerpo-Coeficiente de rozamiento
La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano. La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque.
La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto. El científico francés Coulomb añadió una propiedad más
Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.
CONCLUSIONES.
No depende el coeficiente de la masa del objeto Si lubrico las superficies en contacto, variará el coeficiente. El α de inclinación no depende del peso del cuerpo de prueba. La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano. La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque. La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto. Podemos ver la importancia y entender más a fondo sobre lo que es el rozamiento, y la vital importancia que tiene en nuestras vidas, entendiéndolo como la fuerza que se genera al haber contacto entre dos superficies ya sea en una superficie plana o inclinada. la aplicación de las fórmulas de rozamiento entender este “fenómeno” y tener una aproximación verdadera de la fuerza que se genera.
RECOMENDACIONES .
Los factores que afectan el valor de la fuerza de rozamiento son la superficie, el peso y la textura. La interacción entre dos superficies si se puede disminuir al pulir perfectamente las mismas, porque entre más lisa estén las superficies, habrá menor fuerza de rozamiento.
Cuando dos superficies están en contacto, sus irregularidades tienden a acoplarse, lo que impide que ambas superficies se deslicen suavemente una sobre otra.
BIBLIOGRAFIA: Cromer, A. H. (1996). Física para las ciencias de la vida. ilustrada, reimpresa. Derrida, J. (2008). Fuerza de la ley . Tecnos. Jerry D. Wilson, A. J. (2003). Fisica. Pearson Educación. Moreto, A. (2007). La fuerza de la ley. Biblioteca Cervantes Virtual. Paul Allen Tipler, G. M. (2005). Física para la ciencia y la tecnología, Volumen 1. Reverte. Tambutti. (2002). Fisica/ Physics. Editorial Limusa.