Física experimental I
UNIVERSIDA D NACIONA DEProfesional: Ingeniería Mecánica Eléctrica Escuela A!IPANO Alumno: Materia: Física Experimental I Código: 131035 Tema: Fueras de Fricción !ocente: "uno # "er$ %013
1
Física experimental I Fuerzas de Fricción
I. 1. #. *. ,.
Objetivos Estudiar las características de los coecientes de roamiento din!mico " est!tico de diferentes materiales. $alcular el coeciente de fricci%n est!tico " cin&tico para desliamiento en supercies ar'itrarias (caso de la madera). +ericar la relaci%n entre el coeciente de fricci%n " la fuera de roamiento. Realiar c!lculos cinem!ticos 'as!ndose en consideraciones din!micas " mec!nicas para los materiales " accesorios empleados.
II. Fundamento teórico $ada ve ue empuamos o alamos un cuerpo ue descansa en una supercie perfectamente /oriontal con una fuera0 se logra impartir una cierta velocidad0 este se detiene poco tiempo despu&s de retirar la fuera. dem!s /a" ocasiones en ue al empuar el o'eto este ni siuiera aduiere una velocidad " se mantiene en reposo. Esto se de'e a ue existe una fuera ue se opone a ue este contin2e desli!ndose. Esta fuera se conoce como fuera de fricci%n o roamiento. 3a magnitud de esta fuera opuesta al movimiento depende de muc/os factores tales como la condici%n " naturalea de las supercies0 la velocidad relativa0 etc. 4e verica experimentalmente ue la fuera de fricci%n f0 tiene una magnitud proporcional a la fuera normal N de presi%n de un cuerpo so're la otra. 3a constante de proporcionalidad se llama coeciente de fricci%n " lo designamos con la letra 0 la relaci%n ueda como5
f=-
N… (1)
El signo negativo se ustica de'ido a ue esta fuera se opone al movimiento de acuerdo a la g. 1. 4i la fuera F es la fuera aplicada0 lo ue mueve al m%vil /acia la derec/a ser! la fuera resultante R dada por la ecuaci%n (#) R=FMovimiento
f= -uN
N…. (#)
N R F
mg Fig. (1) fuera resultante R act2a so're el 'loue /ora0 dado la relaci%n entre la fuera " la aceleraci%n del m%vil podemos escri'ir la ecuaci%n (*) como5
#
Física experimental I ma = F -
N
6%nde5 m0 masa del m%vil a0 aceleraci%n del m%vil de'ida a la acci%n de la fuera F. F0 es la fuera aplicada N0 es el producto de la masa del m%vil " la aceleraci%n gravitacional. 6iferenciando la fuerza de fricción estática " la fuerza de fricción cinética0 es ue la primera evita ue comience el desliamiento " la segunda0 se opone a la continuaci%n del desliamiento una ve comenado. El o'etivo se mantiene en reposo cuando se aplica la fricci%n est!tica7 sin em'argo si la fuera aplicada es ma"or a la fuera de fricci%n est!tica m!xima0 el o'eto empiea a moverse pasamos al r&gimen de la fricci%n cin&tica. 3a fricci%n est!tica m!xima esta dada por5
f max = 6onde5
N… (4)
s
0 coeciente de fricci%n est!tico.
s
Fricci%n cin&tica
f k = 6onde5
k
N8 (9)
0 es el coeciente de fricci%n cin&tico. En general5 k : s
k
4upercie Madera so're madera l!stico so're aluminio seco
III.
IV.
$oeciente de fricci%n est!tico s ;., ;.1
$oeciente de fricci%n cin&tico k ;.# ;.;*
;.19
;.;
;.;1
;.;1
;.,
;.*
;.#
;.1
Equipos y materiales $omputadora personal 4oft?are 6ata 4tudio instalado Interface 4cience @orAs/op 9; 4ensor de Movimiento ($I-B,#) 4ensor de Fuera ($I-B9*) $a%n de fricci%n (material madera) $onunto de pesas (diferentes magnitudes) $arril0 tope " polea m!s cm de /ilo negro >orta pesas Calana anal%gica
Procedimiento y actividades $onguraci%n de euipos " accesorios a. +ericar la conexi%n e instalaci%n de la interface
*
Física experimental I '. Ingresar al soft?are 6ata 4tudio " seleccionar la actividad Dcrear experimento c. 4eleccionar el sensor de movimiento " sensor de fuera0 de la lista de sensores0 efectuar la conexi%n usando los ca'les para transmisi%n de datos de acuerdo a lo indicado por 6ata 4tudio. d. Efectuar la cali'raci%n correspondiente considerando una frecuencia para disparo de 9 registros por segundo para el sensor de movimiento " un muestreo lento de un registro por segundo para el sensor de fuera0 especicando tracci%n positiva con un valor m!ximo de 9;;gr " mínimo de ;gr e. Mida " anote la masa del ca%n de fricci%n (madera)0 la masa adicional0 sensor de fuera " masa total de la ta'la (*). f. Realiar el montae de euipos " accesorios0 tal como se muestra en la g. (*) g. enere un gr!co para dos de los par!metros medidos por el sensor de movimiento " fuera(aceleraci%n " fuera) /. umente la presi%n " coloue los enca'eados correspondientes en las ta'las " gracas generales Primera actividad (determinación los coefcientes de ricción a) $oloue el m%vil a 19 cm del sensor de movimiento. ') En la porta pesas coloue una masa determinada " pulse el 'ot%n inicio0 agregue masa con un avance de 9gr en cada caso. $uando el conunto m%vil logre el movimiento " llegue a la posici%n nal (tope)0 pulse el 'ot%n detener. c) Repetir los pasos 1; veces " note sus resultados en la ta'la (#) !abla (" 1 # * , 9 B F(N) 1.BG 1.* 1.G 1.H 1.G; 1.G, 1.GH ams# ;.1 ;.# ;.* ;.* ;., ;.9 ;.9 m1 ;.B1H ;.B1H ;.B1H ;.B1H ;.B1H ;.B1H ;.B1H Jg 9 9 9 9 9 9 9 m# Jg ;.1H; ;.1H9 ;.#;; ;.#;9 ;.#1; ;.#19 ;.##; m15 masa del ca%n de fricci%n K masa del sensor de fueras m#5 pesas
V.
G 1.H ;.B ;.B1H 9 ;.##9
H 1.H, ;. ;.B1H 9 ;.#*;
1; 1.HH ;.G ;.B1H 9 ;.#*9
#uestionario $ #alcule el coefciente de ricción para cada valor de aceleración y masa aplicada% considere el si&uiente cuadro. 6ato registra do
s
k
,
1
#
*
,
;.*; B ;.#H
;.*1 , ;.#G
;.*# # ;.#G
;.** 1 ;.#H
9
B
G
H
1;
;.** ;.*, ;.*9 ;.*B ;.* ;.* G 9 * 1 H ;.#G ;.# ;.#G ;.# ;.# ;.#B
Física experimental I *
#
;
" #alcule un promedio de s y El promedio de s es ;.*,#B
, k de
G
9
H
*
B
la tabla anterior
El promedio de
es ;.#G1
k
3) #alcule
los errores absolutos% relativos y porcentuales considerando los datos e'perimentales de la pre&unta anterior y teóricos propuestos en la tabla ($ para los coefcientes de ricción. 1
#
*
,
9
B
G
H
1;
s
k
4) )e&*n usted a que se debe la dierencia entre s y + ,
4e de'e a la aceleraci%n ue act2a so're el 'loue0 adem!s ue el coeciente de fricci%n est!tico se opone al movimiento al no dear ue el 'loue se deslice. Mientras el coeciente de fricci%n cin&tico solo se opone al movimiento " dea ue en 'loue se mueva - )er necesario considerar la ricción del conjunto con el aire circulante,% si su respuesta es afrmativa e'plique Por qu/, 4í0 porue el aire siempre se opone a un cuerpo en movimiento como una mem'rana " es proporcional a la velocidad. 0 1e qu/ depende el coefciente de ricción esttico, 6epende de las masas de los 'loues0 adem!s del aspecto de la supercie0 la presi%n del 'loue con la supercie. 2 El coefciente de ricción% ser el mismo cuando se aplique un lubricante entre las superfcies en contacto, No0 porue el lu'ricante generaría un desliamiento adem!s reduciría el desgaste. 3 el coefciente cin/tico varia con la velocidad, No solo varía con la aceleraci%n ue tiene el cuerpo 4 5ecta el peso del bloque a los coefcientes de ricción, 4i porue es la presi%n ue eerce el 'loue so're la supercie genera desgaste " fricci%n $6 #alcula los errores absolutos% relativos y porcentuales% para la tención e'perimental y teórica $$ El coefciente de ricción% var7a se&*n la temperatura del cuerpo, No porue es la fricci%n ue existe entre el 'loue " la supercie del suelo adem!s esta fuera genera desgaste " no interviene la temperatura. $" 8a uer9a de ricción% depende de las interacciones entre las mol/culas de las dos superfcies, 4i0 9
Física experimental I $: )i el móvil empleado (con superfcie de madera se colocara sobre un plano inclinado #ul deber7a ser el n&ulo para el cual el cuerpo se quedar7a inmóvil, $;
#onclusión 3as fueras ue act2a so're un cuerpo tam'i&n act2an so're la supercie del suelo por donde se movilia dic/o 'loue0 adem!s la fricci%n depende de estado de la supercie del suelo. 4a'er so're fricci%n es necesario para sa'er cu!nta fuera se empleara " cu!nto ser! el desgaste ue tendr! un 'loue ue se deslia so're la supercie
VII.
=iblio&ra7a 1. lonso Finn5 física 1 #. 4er?a"5 física 1 *. 3e"va5 física 1 ,. Lipler5 física 1
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