“Año de la Integración Nacional y Rec Reconocimiento onocimiento de Nuestra Diversidad”
Universidad Nacional del Altiplano Puno
INFORME de laboratorio de física FACULTA! INGENIERÍA DE MINAS E"CUELA PROFE"IONAL! INGENIERÍA DE MINAS CUR"O! !sica i TEMA! "#ER$AS DE "RI%%I&N OCENTE! '(RGE %(ND %(ND(RI (RI MAMANI MAMANI PRE"ENTAO POR! PRE"ENTAO PO R! "E)I* )(REN$( M#))ISA%A M# ))ISA%A +A)EN%IA A#O! $%&' (RUPO! &&) ,ar C*I(O! -.//0/ "ec1a reali2ada3 4 4 5 "ec1a de entrega3 4 4 5 6#N(76ER8 ./-.
PRACTICA DE LABORATORIO N° 03 FUERZAS DE FRICCIÓN
1
I.
OBJETIVOS:
Estudiar las características de los coeficientes de rozamiento dinámico y estático de diferentes materiales. Calcular el coeficiente de fricción estático y cinético para deslizamiento en superficies arbitrarias (caso de la madera) Verificar la relación entre el coeficiente de f ricción y la fuerza de rozamiento Realizar cálculos cinemáticas basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios empleados.
II.
FUNDAMENTO TEÓRICO Cada vez ue empu!amos o !alamos un cuerpo ue descansa en una superficie perfectamente "orizontal con una fuerza# se lo$ra impartir una cierta velocidad# este se detiene poco tiempo después de retirar la fuerza. %demás "ay ocasiones en ue al empu!ar el ob!eto este ni siuiera aduiere una velocidad y se mantiene en reposo. Esto se debe a ue e&iste una fuerza ue se opone a ue este continuara deslizándose. Esta fuerza se conoce como la fuerza de fricción o de rozamiento. 'a ma$nitud de esta fuerza opuesta al movimiento depende de muc"os factores tales como la condición y naturaleza de las superficies# la velocidad relativa# etc. e verifica e&perimentalmente ue la fuerza de fricción f# tiene una ma$nitud proporcional a la fuerza normal de presión de un cuerpo sobre otro. 'a constante de proporcionalidad es llamada coeficiente de fricción y lo desi$namos con la letra $rie$a # la relación ueda como* + , - ... () El si$no ne$ativo se !ustifica debido a ue esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo a la f i $ u r a (). i la fuerza / es la fuerza aplicada# lo ue mueve al móvil "acia la derec"a será la fuerza resultante R dada por la ecuación (0)* R , / - ... (0)
/i$ura ()* /uerza resultante R actuando sobre el bloue %"ora# dado la relación entre la fuerza y la aceleración del móvil podemos reescribir la ecuación (1) como*
ma = F – N ... (3 2onde* m# masa del móvil.
2
a# aceleración del móvil debida a la acción de la fuerza /. F# es la fuerza aplicada. N# Es el producto de la masa del móvil y la aceleración $ravitacional. 2iferenciando la fuerza de fricción estática y la fuerza de fricción cinética# es ue la primera evita ue comience el deslizamiento y la se$unda# se opone a la continuación del deslizamiento una vez comenzado El ob!eto se mantiene en reposo cuando se aplica la fricción estática3 sin embar$o si la fuerza aplicada es mayor ue la fuerza de fricción estática má&ima# el ob!eto empieza a moverse y pasamos al ré$imen de la fricción cinética. 'a fricción estática má&ima está dada por*
!ma" = 2onde*
##
#
N ... ($
coeficiente de fricción estático.
4 la fricción cinética*
!% = 2onde
%
%
N ... (&
# es coeficiente de fricción cinética. En $eneral*
#5
%
Tabla (1): Coeficientes de fricción. uperficie
Coeficiente de /ricción
Coeficiente de /ricción
estático
cinético
s
6
7adera sobre madera
8.9
8.0
:ielo sobre :ielo 7etal sobre 7etal (lubricado)
8.
8.81
8.;
8.8<
%rticulaciones en "umanos
8.8
8.8
Corc"o sobre aluminio seco =lástico sobre aluminio seco
8.9
8.1
8.0
8.
III.
E'UIPOS MATERIALES.
Computadora =ersonal oft>are 2ata tudio instalado ?nterface cience @or6s"op <;8 ensor de 7ovimiento AC?-B<90) ensor de /uerza (C?-B;1<)
3
Ca!ón de fricción (material 7adera) na masa accesoria de 8.0;6$ Con!unto de pesas (diferentes ma$nitudes) Carril# tope y polea más .Bcm de "ilo ne$ro Dalanza analó$ica.
IV.
PROCEDIMIENTO ACTIVIDADES =rocedimiento para confi$uración de euipos y accesorios. a) Verificar la cone&ión e instalación de la interface. b) ?n$resar al soft>are 2ata tudio y seleccionar la actividad Crear e&perimento. c) eleccionar sensor de movimiento y sensor de fuerza# de la lista de sensores# efectuar la cone&ión usando los cables para transmisión de datos de acuerdo a lo indicado por 2ata tudio. d) Efectuar la calibración correspondiente considerando una frecuencia para disparo de ; re$istros por se$undo para el sensor de movimiento y un muestreo lento de un re$istro por se$undo para el sensor de fuerza# especificando tracción positiva con un valor má&imo de ;88$r y mínimo de 8$r. e) 7ida y anote la masa del ca!ón de fricción (7adera)# la masa adicional# sensor de fuerza y masa total en la tabla (1). f) Realizar el monta!e de euipos y accesorios# tal como se muestra en la fi$ura (1). $) enere un $ráfico para dos de los parámetros medidos por el sensor de movimiento y de fuerza (aceleración y fuerza). ") %umente la precisión y coloue los encabezados correspondientes en las tablas y $ráficas $eneradas.
S+#) /+ M*m*+ -
S+#) /+ F5+)6a
P2+a T8+
Ca71 /+ F)*,,*1 P+#a# /i$ura (1)* 7onta!e de Euipos y %ccesorios
P)*m+)a A,-**/a/ (D+-+)m*a,*1 /+ 2# ,+4*,*+-+# /+ 4)*,,*1. a) Coloue el móvil a ;cm del sensor de movimiento.
4
b) En el porta pesos coloue una masa determinada y pulse el botón de inicio# a$re$ue masas con un avance de 8$r en cada caso. Cuando el con!unto móvil lo$re movimiento y lle$ue a la posición final (tope)# pulse el botón detener. c) Repetir los pasos de (a) "asta (c) 8 veces y anote sus resultados en la tabla (0). Ta92a (: datos evaluados con sensor de movimiento y fuerza en laboratorio.
EVENTOS A,+2+)a,*(m@# T+#*(N Ma#a ; (% Ma#a (%
;
3
$
&
<
>
?
;0
P)m+/*
8.
8.
8.0
8.1
8.1
8.9
8.9
8.;
8.B
8.B
8.1;88
8.<1
8.
8.F8
8.F1
8.FF
8.FG
8.G9
8.G<
.8
.89
8.FF;8
8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B< 8.B<8 8.G8 8.G; 8.088 8.08; 8.08 8.0; 8.008 8.00; 8.018 8.01; 8.00;
Ta92a (3: Ma#a /+2 C75- M1*2 7asa del ca!ón de /ricción (6$)
8.0
7asa adicional (Hpcional) (6$)
---
7asa del sensor de fuerza (6$)
8.11G
Iotal (6$)
8.B<
ormal (6$) %n$ulo de elevación del carril (opcional)
V.
-----
CUESTIONARIO. ;. Ca2,52+ +2 ,+4*,*+-+ /+ 4)*,,*1 8a)a ,a/a a2) /+ a,+2+)a,*1 ma#a a82*,a/a ,#*/+)+ +2 #*5*+-+ ,5a/). %plicamos las si$uientes formulas* s
Da- R+*#-)a/
,
m0 m ;
6
,
3
m0 m
( - $
a
$
&
)-
a $
<
>
?
;0
s
8.18
6
8.0G9B 8.180B 8.0G< 8.0G; 8.0GG1 8.0G19 8.180 8.0G;8 8.0FF< 8.0GB1
. Ca2,52+ 5 8)m+/* /+
#
5
%
/+ 2a -a92a a-+)*).
Da- R+*#-)a/
P)m+/* 0.33$ 0.?<0
s 6
3. Ca2,52+ 2# +)))+# a9#25- )+2a-* 8),+-5a2 ,#*/+)a/ 2# /a-# +"8+)*m+-a2+# /+ 2a 8)+5-a a-+)*) -+1)*,# 8)85+#-# + 2a -a92a (; 8a)a 2# ,+4*,*+-+# /+ 4)*,,*1. $. S+ 5#-+/ a G5+ #+ /+9+ 2a /*4+)+,*a +-)+
#
%H
+"82*G5+
El rozamiento estático es el ue e&iste cuando un cuerpo está en reposo# el coeficiente de rozamiento estático es el punto o la tan$ente del án$ulo critico antes de ue el cuerpo entre en movimiento# el cinético es el presente cuando el cuerpo está en movimiento. iempre el estático es mayor al cinético# la razón es ue se necesita menos fuerza para mantener el movimiento ue producirlo.
&. S+) +,+#a)* ,#*/+)a) 2a 4)*,,*1 /+2 ,75- , +2 a*)+ ,*),5/a-+H #* #5 )+#85+#-a +# a4*)ma-*a +"82*G5+ P) G5H i porue el aire tiene una resistencia aerodinámica.
<. D+ G5 /+8+/+ +2 ,+4*,*+-+ /+ 4)*,,*1 +#--*,H 'a fuerza de fricción estática (/ s) es una fuerza ne$ativa y mayor ue la fuerza aplicada la cual no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo estacionario. e $enera debido a la ru$osidad microscópica de las dos superficies# ue interactJan y se entrelazan# y entre las cuales se $eneran enlaces iónicos y micro soldaduras formadas por la "umedad y el o&i$eno del aire.
. E2 ,+4*,*+-+ /+ 4)*,,*1 #+) +2 m*#m ,5a/ #+ a82*G5+ 5 259)*,a-+ + 2a# #58+)4*,*+# /+ ,-a,-H o será el mismo pues depende del tipo de lubricante ue se utilice. 2epende si el lubricante utilizado es un mineral sintético o ve$etal. Iiene lu$ar cuando las superficies de fricción se mueven la una con respecto a la otra completamente separadas por un tercer elemento ue por lo re$ular es un fluido
>. E2 ,+4*,*+-+ ,*-*, a)*a , 2a +2,*/a/H o varía pues es constante.
6
'a fuerza de fricción cinética (/6) es una fuerza ne$ativa ue se presenta cuando un cuerpo se mueve con respecto a otro# se opone al movimiento y es de ma$nitud constante.
?. A4+,-a +2 8+# /+2 92G5+ a 2# ,+4*,*+-+# /+ 4)*,,*1H i afecta porue a mayor peso "abrá mayor fricción.
;0. Ca2,52+ 2# +)))+# a9#25- )+2a-* 8),+-5a2 8a)a 2a -+#*1 +"8+)*m+-a2 -+1)*,a. ;;. E2 ,+4*,*+-+ /+ 4)*,,*1 a)Ka #+ 2a -+m8+)a-5)a /+2 ,5+)8H i varía el coeficiente de fricción El incremento de temperatura influye de manera opuesta en líuidos y $ases. En líuidos se "ace menos viscoso y en los $ases la viscosidad aumenta.
;. La 45+)6a /+ 4)*,,*1 /+8+/+ /+ 2a# *-+)a,,*+# /+ 2a# m2,52a# /+ 2a# #58+)4*,*+#H i e&iste interacción entre las moléculas.
;3. S* +2 m1*2 +m82+a/ (, #58+)4*,*+ /+ ma/+)a #+ ,2,a)a #9)+ 5 82a *,2*a/ C52 /+9+)Ka #+) +2 52 8a)a +2 ,5a2 +2 ,5+)8 #+ G5+/a)Ka *m1*2H El án$ulo seria de 9;K.
;$. '5 +# +2 ,+4*,*+-+ /+ *#,#*/a/H -*++ )+2a,*1 , +2 ,+4*,*+-+ /+ 4)*,,*1H 'a viscosidad solo se manifiesta en líuidos en movimiento. 'a viscosidad es la oposición de un fluido de las deformaciones tan$enciales. n fluido ue no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan al$o de viscosidad# siendo el modelo de viscosidad nula una apro&imación bastante buena para al$unas aplicaciones.
VI.
CONCLUSIONES
En conclusión en esta práctica observamos el cambio constante de la velocidad en un tiempo determinado por el peso de las pesas. 'a fuerza de fricción es una fuerza ne$ativa ue está presente en los movimientos ue tienen velocidad. 'a fuerza de fricción tiene una ma$nitud proporcional a la fuerza normal de presión de un cuerpo sobre otro.
7
VII. ;. . 3. $.
BIBLIORAFIA F*,a /+ 8),-*,a /+ La9)a-)* /+ FK#*,a. F I S I C A S E R A B E I C N E R FK#*,a ,5)# +2+m+-a2: m+,*,a A2# Ma),+2 D*m*,a 22 8a)a *+*+)Ka #5# a82*,a,*+# Da*/ J. Ma,*22 *2- Q*
8