UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
INFORME DE LABORATORIO DE FISICA TEMA: FUERZAS DE FRICCION HECHO POR: Genler GRUPO: 102 CODIGO: 120020 FECHA: Lunes 07 de Enero.
2013
INFORME DE PRACTICA N.3: FUERZAS DE FRICCION
I.- OBJETIVOS. - Estudiar las características de los coeficientes de rozamiento dinamico y Estatico de diferentes materiales. - Calcular el coeficiente de friccion estatico y científico para deslizamiento En superficies arbitrarias ( caso de la madera ). - Verificar la relación entre el coeficiente de friccion y la fuerza de rozamiento. - Realizar cálculos cinemáticos basándose en consideraciones dinámicas y Mecánicas para los materiales y accesorios empleados.
II.- FUNDAMENTO TEORICO. Cada vez que empujamos o jalamos un cuerpo que descansa en una superficie perfectamente horizontal con una fuerza, se logra impratir una cierta velocidad , este se detiene poco tiempo después de retitar la fuerza. Además hay ocaciones en que al empujar el objeto este ni siquiera adquiere una velocidad y se mantiene en reposo. Esto se debe a que existe una fuerza que se opone a que este continuara deslizándose. Esta fuerza se conoce como la fuerza de friccion o de rozamiento. La magnitud de esta fuerza opuesta al movimiento depende de muchos factores tales como la condición y naturaleza de las superficies, la velocidad relativa, etc. Se verifica experimentalmente que la fuerza de friccion f, tiene una magnitud
proporcional a la fuerza N de presión de un cuerpo sobre otro. La constante de proporcionalidad es llamada coeficiente de friccion y lo designamos con la letra griega µ, la relación queda como: F= -µN…..(1) El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo ala fig (1). Si la fuerza F es la fuerza aplicada, lo que mueve al móvil hacia a la derecha será la fuerza resultante R dada por la ecuación (2): R = F- µN….(2)
Figura (1): fuerza resultante R actuando sobre el bloque ahora , dado la relación entre la fuerza y la aceleración del móvil podemos reescribir la ecaucion (3) como: ma = F - µ N……(3) donde : m, masa del móvil a, aceleración del móvil devida a la accio de la fuerza F. F, es la fuerza aplicada. N, es el producto de la masa del móvil y la aceleración Gravitacional.
Diferenciando la fuerza de friccion estatica y la fuerza de friccion cinetica , es que la primera evita evita que comiense el deslizamiento y la segunda, se opone a la continuación del deslizamiento una vez comenzado. El objeto se mantiene en reposo cuando se aplica la friccion estatica; sin embargo si la fuerza aplicada es mayor que la fuerza de friccion estatica máxima, el objeto empieza a moverse y pasamos al régimen de la friccion cinetica .la friccion estatica máxima esta dada por: f max = µsN……(4) donde µk, es coeficiente de friccion estatico. La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de friccion f puede representarse mediante la figura (2)
Figura (2): relación entre la fuerza aplicada F y la fuerza de friccion f.
En general:µk ≤ µs
Tabla (1): coeficientes de friccion superficie Madera sobre madera Hielo sobre hielo Metal sobre metal (lubicado) Articualciones en humanos Corcho sobre aluminio seco Plástico sobre aluminio seco
Coeficiente de friccion estatico µs 0.4 0.1 0.15 0.01 0.4 0.2
Coeficiente de friccion cinético µk 0.3 0.03 0.07 0.01 0.3 0.1
III.-MATERIALES Y EQUIPOS USADOS. -
Computadora personal
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Software data studio instalado
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Interface Science workshop 750
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Sensor de movimiento ( CI-6742 )
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Sensor de fuerza ( CI-6537 )
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Cajon de friccion ( material madera )
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Una masa accesoria de 0.25 kg
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Conjunto de pesas ( diferentes magnitudes )
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Carril, tope y polea mas de 1.60m de hilo negro
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Blanza analógica.
IV.- PROSEDIMIENTO. Procedimiento para configuración de equipos y accesorios.
- Verificar la conexion e instalación de la interface - Ingresar al software Data Studio y seleccionar la actividad crear experimento
- Seleccionar sensor de movimiento y sensor de fuerza, de la lista de sensores, efectuar laconexion usando los cables para transmisión de datos de acuerdo a lo indicadi por Data Studio - Efectuar la calibración correspondiente considerando una frecuencia para disparo de 5 registros por segundo para el sensor de movimiento y un muestreo lento de un registro por segundo para el sensor de fuerza , especificando tracción positiva con un valor máximo de 500gr y minimo de 0 gr. - Mida y anote la masa del cajón de friccion (madera) , la masa adicional, sensor de fuerza y masa total en la tabla (2). - Realizar el montaje de equipos y accesorios , tal como se muestra en la figura (3). - Genere un grafico para dos de los parámetros medidos por el sensor de movimiento y de fuerza (aceleración y fuerza ). - Aumente la precisión y coloque los encabezados correspondientes en las tablas y graficas generadas.
Primera actividad (Determinacion de los coeficientes de friccion)
- Se coloco el móvil a 15cm del sensor de movimiento - En el porta pesos se coloco una masa inicial de 205gr y se pulsa el botón inicio, se agrego masas con un avance de de 10gr en cada caso. Cuando el conjunto móvil logre movimiento y llegue a la posición final (tope) , se palsa el botón detener - Repetir los pasos de a) hasta d) 10 veces y calcule un promedio de y en la tabla - Calcule lor herrores absoluto, relativo y porcentual según los datos de la tabla
,
Tabla de datos de materiales. Masa de la caja de friccion (madera) Masa del sensor de fuerza Masa adicional Total en gramos
285 g 339 g 0.25 g 889 g
Tabla de los datos tomados en la practica. eventos Masa 2(gr) Aceleracion (m/s) Tensión (N)
1 2 205g 215g 0.5 0.6
3 225g 0.9
4 235g 1.0
5 245g 1.0
6 255g 1.3
7 265g 1.4
8 275g 1.4
1.98
2.17
2.27
2.37
2.45
2.54
2.64
2.05
V.- CUESTIONARIO. 1. ¿ según usted a que se debe la diferencia entre µ k y µs ?, explique. El rozamiento estatico es el que existe cuando un cuerpo esta, en reposo el coeficiente del rozamiento estatico es el punto o la tangente del angulo critico antes que el cuerpo entre en movimiento, el cinético es el presente cuando el cuerpo esta en movimiento. Siempre le estatico ees mayor al cinético la razón es que se necesita menos fuerza para mantener el movimiento que producirlo por que en el segundo caso es necesario cambiar de estado el cuerpo. 2. ¿ será necesario considerar la friccion del conjunto con el aire circundante ?, si su respuesta es afiramtiva, explique ¿Por qué ? SI porque en el aire tiene una resistencia aerodinámica. 3. ¿de que depende el coeficiente de friccion eestatico?
La fuerza de friccion estatica (F s) es una fuerza negativa y mayos que la furza aplicada la cual no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo estacionario. Se genera debido a la rugosidad microscópica de las dos superficies, que interactúan y se entrelazan, y entre las cuales se generan enlaces ionicos y micrisolduras formadas por la humedad y el oxigeno del aire. 4. el coeficiente de friccion, ¿sera el mismo cuando se aplique un lubricante entre las superficies en contacto? Tiene lugar cuando las superficies de friccion se mueven la una con resoecto a la otra completamente separados por un tercer elemento por que lo regular es un fluido. La fuerza de friccion fluida cinetica presenta las siguientes características: - Para un mismo espesor de película lubricante, depende de si el lubricante utilizado es mineral, sintetico o vegetal. - En el caso del aceite mineral se define como la resistencia que presentan al corte las laminillas que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0.008. - En caso de los aceites sintéticos como la resistencia ala rodadura de las esferas de igual diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico es de 0.006. - En caso de los aceites vegetales como a la resistencia de la rodadura d esferas de de diferente diámetro que contituyen la película lubricante, un valor típico es de 0.007. 5. ¿el coeficiente cinético varia con la velocidad? La fuerza de friccion cinetica (F k) es una fuerza negativa que se presenta cuando un cuerpo se mueve con respecto a otro, se opone al movimiento y es de magnitud constante. 6. ¿afecta el peso del bloque a los coeficientes de friccion?
SI afecta porque si hay mayor peso hay mayor friccion. 7. el coeficiente de friccion, ¿varia según la temperatura de cuerpo? SI varia el coeficiente de friccion El incremento de la tempratura influye de manera opuesta en liquidos y gases en liquidos los hace menos viscosos en la relación n =A. e(-bT) siendo A y b coeficientes, n la viscosidad, la viscosidad en los liquidos desciende exponencialmente con el aumento de la tempeeratuda para los gases la viscosidad aumenta en la función n =A.raiz (T) esto es función de la raíz cuadrada de la temperatura 8. la fuerza de friccion, ¿depende de la interacciones entre las moléculas de las dos superficies? SI hay interaccion de las moléculas. 9. si el movil empleando (con superficie de corcho) se coloca sobre un plano inclinado ¿ cual debería ser el angulo para el cual el cuerpo se quedaría inmóvil? El angulo minimo para que el móvil no tenga movimiento es de: 15 grados. 10. ¿Qué es el coeficiente de viscosidad?, ¿tiene relación con el coeficiente de friccion?. La viscosidad es la oposición de un fluido al las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.
La viscosidad solo se manifiesta en liquidos en movimiento.
VI.- CONCLUSIONES. Las fuerzas de friccion en si tratan sobre movimientos y el contacto en movimiento ya sea de dos cuerpos o un cuerpo y una superficie . Hasiendo comprobaciones en el laboratorio de física se pudo descubrir algunas cosas nuevas y asi teniendo mas conocimiento sobre este tema. VII.- RECOMENDACIONES. Descubrir conocimientos nuevos. Eso see consigue con la curiosidad Las fuerzas de friccion tienen varios puntos y se descubrieron en el laboratorio de física.
