FUERZAS DE FRICCION
LABORATORIO DE FISICA I
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INTEGRANTES NOMBRE Jacqueline Eickhoff Wilfran González Ángel Álvarez González Jorge Ríos
CODIGO 91310859 252311338 91310787 141312186
GRUPO: AN DOCENTE : ALVARO PEREZ
UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA BARRANQUILLA 2013-04-04
TABLA DE CONTENIDO 1. Introducción 2. Marco teórico 3. Objetivos 4. Descripción de la experiencia 5. Materiales 6. Tabla de resultados 7. Observaciones 8. Conclusiones 9. Respuesta a evaluación 1 10.Respuestas al Cuestionario
1. INTRODUCCION En la vida cotidiana cuando encontramos un cuerpo en movimiento sobre determinada superficie, notamos que en su recorrido existe una resistencia al movimiento debido a la interacción del objeto con el medio que lo rodea. A esta fuerza de resistencia se le conoce como fuerza de rozamiento o fricción. En esta experiencia vamos a probar la fuerza de fricción en tres tipos de base: Madera, goma y Papel, observaremos que la fuerza hay en un punto máximo y la fuerza en un punto mínimo llamado movimiento, en sí es calcular por medio del dinamómetro lo que influye la base y el objeto en el desplazamiento.
2. MARCO TEORICO ➢
Fuerza de fricción: Se define a la fricción como una fuerza resistente que
actúa sobre un cuerpo, que impide o retarda el deslizamiento de este respecto a otro o en la superficie que este en contacto. Esta fuerza es siempre tangencial a la superficie en los puntos de contacto con el cuerpo, y tiene un sentido tal que se opone al movimiento posible o existente del cuerpo respecto a esos puntos. Por otra parte estas fuerzas de fricción están limitadas en magnitud y no impedirán el movimiento si se aplican fuerzas lo suficientemente grandes. También se puede definir como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, si no que forme un ángulo φ con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.
➢
Coeficiente cinético de rozamiento: Una vez que el cuerpo comienza a
moverse, hay una fuerza que se opone al movimiento, llamada fuerza de rozamiento dinámico. La misma no depende de la fuerza que se hace para mover al cuerpo sino exclusivamente de la normal y de otro número llamado coeficiente de rozamiento dinámico, es el coeficiente de proporcionalidad que relaciona la fuerza de rozamiento que actúa sobre un bloque que se desliza y la fuerza normal
. Al ser un cociente entre fuerzas, carece de unidades. Es importante distinguir entre este coeficiente y el coeficiente de rozamiento estático me. Siempre se cumple que me >md. ➢
Coeficiente estático de rozamiento : La fuerza de rozamiento estática
determina la fuerza mínima necesaria para poner en movimiento un cuerpo. La fuerza de rozamiento estática es del mismo valor (pero de sentido contrario) que la fuerza que vayamos aplicamos para tratar de poner al cuerpo en movimiento, mientras éste no se mueva, es decir que no tiene un valor constante. El valor del coeficiente de rozamiento es característico de cada par de materiales en contacto; no es una propiedad intrínseca de un material. Depende además de muchos factores como la temperatura, el acabado de las superficies, la velocidad relativa entre las superficies, etc. La naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las interacciones de las partículas microscópicas de las dos superficies implicadas ➢
Área aparente de contacto: se puede decir que este valor equivale al de la
masa del bloque o base donde se realiza el movimiento ➢
Área real de contacto: la superficie en la que las rugosidades microscópicas
del objeto y de la superficie de deslizamiento se tocan realmente es relativamente pequeña. Cuando un objeto se mueve por encima de la superficie de deslizamiento, las minúsculas rugosidades del objeto y la superficie chocan entre sí, y se necesita fuerza para hacer que se sigan moviendo.
➢
Movimiento de rodadura: Cuando un sólido rota a la vez que se traslada
describir el movimiento con respecto a un SR inercial puede ser una tarea ardua, pero se simplifica si el sólido realiza lo que se conoce como rodadura, es decir, que gira sin deslizar Consideremos el movimiento de los objetos que ruedan tales como una rueda de bicicleta o una pelota. Cuando ruedan sin deslizamiento hay una relación sencilla entre la velocidad lineal del centro de masas y la velocidad angular con respecto a un eje que pasa por su centro de masas.
VCM= ω R Donde ω es la velocidad angular y R el radio del objeto rodante De la misma forma la velocidad de un punto de la periferia se puede expresar, en el movimiento de rodadura como:
V= ω R Donde ω es de nuevo la velocidad angular y R el radio del objeto rodante. Por tanto la velocidad de una partícula del objeto rodante puede considerarse como el resultado de una traslación pura más una rotación pura del objeto. En consecuencia la expresión de la energía cinética de un objeto rodante se puede expresar como la suma de dos términos, uno correspondiente a la rotación con respecto a un eje que pasa por el centro de masas y otro correspondiente a la traslación del centro de masas.
EC= ICM ω2 + M VCM2
Se puede decir que la fuerza de fricción está dada ,gracias a la condición que presente la superficie ya que esta se da dependiendo la interacción que tenga el objeto con el medio que lo rodea.
3 OBJETIVOS. •
•
•
•
Determinar si la fuerza de rozamiento está en función de las superficies en contacto. Determinar si la fuerza de rozamiento está en función del área aparente de contacto. Determinar si la fuerza de rozamiento está en función del peso (W) del cuerpo en estudio. Determinar las fuerzas de rozamiento en un movimiento de rodadura
4. DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA En esta experiencia realizamos la medición de la fuerza de fricción mediante unos dinamómetros facilitados por el profesor. Para empezar la experiencia primero Colocamos el taco de rozamiento con la parte de madera sobre la superficie de la mesa, y le enganchamos el dinamómetro 2N, medimos la fuerza Fr1, justo cuando se empezó a moverse el taco, y anotamos este valor en la tabla 1. Luego medimos la fuerza Fr2, con la que el taco se mueve de manera uniforme, y anotamos el valor igualmente. Le dimos la vuelta al taco de rozamiento, para que quedara sobre la mesa su cara de goma, y medimos de nuevo las fuerzas Fr1 y Fr2. Anotando los respectivos valores en la tabla 1. Colocamos debajo del taco de rozamiento (por la cara con goma) dos varillas soporte pequeñas, de 10cm como rodillos. Enganchamos en el taco el dinamómetro 1N, y medimos las fuerzas Fr1 al iniciarse el movimiento y Fr2 durante el movimiento. Pusimos sucesivamente papel, madera y papel de lija debajo de la cara de madera del taco de rozamiento. Enganchamos el dinamómetro 2N y medimos cada vez las fuerzas Fr2 en movimiento uniforme. Anotamos luego los valores en la tabla 2. Le dimos vuelta al taco y lo pusimos sobre su cara de goma repetimos las mediciones de Fr2 sobre papel, madera y papel de lija. Anotamos los valores en la tabla 2. Colocamos el taco de rozamiento con la parte ancha sobre la mesa, con la superficie de goma hacia arriba, luego medimos con el calibrador su longitud
a
y su ancho b determinamos el área y llevamos los resultados a la tabla 3. Tiramos del taco con el dinamómetro, y leímos la fuerza Fr2 con movimiento uniforme (rozamiento de deslizamiento). Anotamos los valores en la tabla 3. Le dimos la vuelta al taco de rozamiento, para que quedara sobre la cara estrecha, determinamos su altura
c, y medimos de nuevo la fuerza
de rozamiento Fr2.
Anotamos los valores en la tabla 3. Colocamos el taco sobre la mesa, con la cara de goma y el pasador hacia arriba Tiramos del taco con el dinamómetro, y leímos la fuerza Fr2, con movimiento uniforme (rozamiento de deslizamiento Cargamos el taco con 50g (colocamos una masa en el pasador), y leímos de nuevo la fuerza de rozamiento Fr2, anotamos el valor en la tabla 4 Repetimos el experimento añadiendo 2 y 3 masas de 50g, midiendo la fuerza de rozamiento Fr2 y llevando el valor a la tabla 4.
5. EQUIPOS Y MATERIALES: • • • • • •
Dinamómetro, 2N Pesas de Ranura. 50gr Taco de rozamiento Pasador Dinamómetro, 1N Calibrador o vernier
6. TABLA DE RESULTADOS
TABLA 1. Superficie de
Madera
Goma
Rodillos
Fr1
0.45
0.60
1.20
Fr2
0.37
0.55
1.00
Rozamiento
TABLA 2. Fr2 Superficie de
Madera
Rozamiento
Fr1=0.05 ,
Base
Goma
Fr2=0.03 Fr1=0.1 ,
Fr2=0.07
Papel
Fr1=0.42,
Fr2=0.40
Fr1=0.07,
Fr2=0.65
Madera
Fr1=0.55,
Fr2=0.50
Fr1=0.75,
Fr2=0.70
Lija
Fr1=0.32,
Fr2=0.30
Fr1=0.65,
Fr2=0.63
TABLA 3. Fuerza de Rozamiento y superficie: a(cm)
b(cm)
c(cm)
A(area) cm2
Fr2
alto largo
ancho
0.72
0.53
0.34
axb =0.38
0.50
0.72
0.34
0.53
axc =0.18
0.35
TABLA 4. Fuerza de rozamiento y masa W Fr2
Dinamómetro
Taco con pasador
0
0.5
1N
Taco con pasador +
50gr
0.65
2N
100gr
0.87
2N
150gr
1.03
2N
50 grs Taco con pasador + 100grs Taco con pasador + 150grs
7. OBSERVACIONES La experiencia nos confirma que en la realidad cotidiana es habitual que cuando un objeto está en estado de reposo es necesario ejercer sobre él una fuerza para que se inicie el movimiento de dicho objeto. Lo que observamos básicamente es que la fuerza de fricción depende de muchos factores, entre ellos, el peso, el área donde se realiza el contacto, la fuerza que se aplica para romper el estado de reposo, la inclinación que tenga sobre el plano, que siempre la fuerza utilizada para iniciar el movimiento es mayor que la utilizada para mantener el movimiento de dicho objeto después.
8. CONCLUSIONES En esta experiencia aprendimos que la fuerza de fricción depende de mucho de la base donde corre o circula una partícula entre mas rugosa sea esa base mayor fuerza de fricción habrá en consecuencia en la base mas lisa abra mayor desplazamiento y por tanto menor fuerza de fricción.
Mientras mayor sea la fuerza de roce mayor será la fuerza a aplicar para que se pueda dar el movimiento del objeto.
9. Evaluación: 1. 1. En los valores de la tabla 1. ¿Encuentras diferencia entre las fuerzas F r1y Fr2? Explícalos. (Realiza el análisis de Fr1y Fr2 en un mismo material) Si hay diferencias porque FR1 tiene que ser mayor ya que hay es cuando se ejerce la mayor fuerza para empezar el movimiento
2. ¿Varia la Fr2 en la tabla 2? ¿Por qué? Da una breve explicación. Si varia, porque la superficie de fricción es diferente. El Fr2 si varía ya que los materiales de la base y la superficie de rozamiento cambia debido a esto podemos afirmar que dependiendo de los materiales de los cuales están hechos el cuerpo que se mueve y la base sobre la que se va a mover, así también variara la fuerza que se debe implementar para hacer que salga de su estado de reposo y en este caso para mantener ese movimiento ya que hay unas materiales que se adhieren más a las superficies que otros lo cual hace que sea más fácil o difícil su movimiento.
3. ¿Varia la Fr2en la tabla 3? ¿Por qué? Da una breve explicación. Si varia porque a mayor superficie de contacto más fricción habrá
4. ¿Depende la fuerza de rozamiento del peso? ¿Por qué? Si porque a mayor peso hay mayor fricción ya que el peso que ejerce más fuerza sobre la superficie de contacto
10. RESPUESTAS AL CUESTIONARIO
RESPONDE EL SIGUIENTE CUESTIONARIO 1. Porque utilizan ruedas los coches? Es para disminuir la fricción con el terreno y así poder mover el vehículo más fácilmente... Una rueda (redonda, obviamente), sólo toca el suelo con una pequeña fracción de su área total, pero distribuye el peso del
vehículo en toda su área, lo que la hace muy resistente al peso... además, en automóviles se utilizan llantas llenas de aire porque la presión de aire las hace ligeras pero suficientemente fuertes como para sostener el peso de un automóvil pesado más sus pasajeros (el peso se distribuye en el aire a presión dentro de las llantas).
2. El hielo es muy deslizante. ¿Qué se debe hacer para no patinar? Hay que usar, ya sean suelas o neumáticos que tengan un alto coeficiente de roce cinético, esto se logra si son muy rugosos. Mientras mayor sea el coeficiente de roce, mayor será la fuerza de roce, la cual presenta la misma dirección que el movimiento pero sentido CONTRARIO, por ende se causa desaceleración, lo que controla la velocidad del caminante o vehículo y evita deslizamientos
3. Si usted tuviera que caminar sobre un lago congelado daría pasos largos o pasos cortos? Explique. Pasos cortos debido a que al ser más largos el punto de apoyo es más pequeño y el centro de gravedad se balancea más pronunciadamente hacia adelante y atrás
4. Si en la pregunta anterior, se dijera que no hay nada de fricción en el hielo ¿sería posible salirse del lago? Explique. Sería imposible salir caminando sino hubiera fricción, porque al no haber fricción no habrá área de contacto y de esta manera seria imposible avanzar
5. ¿Cuál es la diferencia entre área real y área aparente de contacto? La diferencia es que el área real de contacto es una pequeña proporción del área aparente de contacto
REFENCIAS BIBLIOGRAFICAS ing. Martínez Iglesias Eduardo,……… MANUAL DE LABORATORIO DE Ing. Villamil Agamez Harold. FISICA I, FISICA MECANICA. Universidad Autónoma del Caribe. www.wikipedia.com................................
