COMPROBACIÓN EXPERIMENTAL DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO O FRICCIÓN SOBRE DISTINTOS CUERPOS. María Ariza, Carolina Bolaño, Katia Hernández, Jean Lozano, María Ojeda y Gloria Torregrosa. Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia Programa de Ingeniería Mecánica Palabras Claves: Fuerza, fricción, coeficiente de fricción.
En la práctica de laboratorio se comprobó experimentalmente uno de los conceptos físicos conocidos como la fuerza de rozamiento o de fricción que sufren los cuerpos al estar en contacto con diversas superficies; para ello, se utilizaron diferentes cuerpos, además de ciertos objetos que a su vez estaban compuestos por distintos tipos de área de contacto, con lo que se logró obtener el coeficiente de rozamiento en cada uno de los sistemas utilizados.
INTRODUCCIÓN
MARCO TEÓRICO
En este trabajo práctico se estudió la fuerza de rozamiento, tanto cinética como estática con el fin de obtener experimentalmente el coeficiente de fricción. Para llevar a cabo el objetivo, se utilizaron dos planos, uno horizontal y otro inclinado, varios bloques de madera que tienen en una de sus caras una lámina de caucho adhesiva a ella y un dinamómetro cuyo fin es establecer los valores de las fuerzas. También se observó las variaciones al alterar la masa del cuerpo y el ángulo del plano inclinado, en el caso de la fuerza de rozamiento estática. Finalmente se determinó el coeficiente de rozamiento y el valor de la fuerza fricción.
La fuerza de fricción, también llamada rozamiento, es a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra ( fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento ( fuerza de fricción estática ).
OBJETIVOS
Determinar el coeficiente de fricción estático entre las superficies de los objetos utilizados. Determinar el valor de la fuerza de rozamiento o de fricción en cada uno de los sistemas.
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. Esta fuerza es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso. Esta fuerza se genera debido a imperfecciones microscópicas. La fuerza de fricción se define como,
Donde el coeficiente de es rozamiento (único para cada material) y es la fuerza normal. Características: - Es independiente del área de contacto entre las superficies. - No depende de la velocidad relativa entre las superficies. - Es proporcional a la fuerza normal.
Donde corresponde al ángulo de inclinación.
Tabla 1. Datos de las composiciones de los materiales utilizados, y sus respectivas . Prueba
Superficie de contacto
Superficie objeto
(N)
(N)
1
Aluminio
Caucho
120,00
320,00
2
Aluminio
Madera
96,66
320,00
3
Madera
Caucho
260,40
420,00
4
Madera
Madera
90,00
180,00
5
Madera
Caucho
115,20
180,00
Es el coeficiente de fricción estatico, coeficiente de fricción dinámico.
6
Madera
Caucho
90,00
180,00
7
Madera fórmica Madera fórmica Madera fórmica
Madera
180,00
180,00
Caucho
130,00
320,00
Madera
100,00
320,00
8
RESULTADOS Para hallar la fuerza de fricción, se utiliza la siguiente fórmula:
9
Cálculos
De donde se puede obtener también el coeficiente de fricción, despejando en la fórmula anterior. Se tiene que:
Pero a su vez, se define (en el plano horizontal) como:
Donde
1. Determinación del coeficiente de rozamiento en cada uno de los sistemas: En la prueba No. 1 se obtiene: Prueba No. 2:
Prueba No. 3: () Prueba No. 4: ()
Cuando se trata de un plano inclinado,
Prueba No. 5: ()
Prueba No. 6: () Prueba No. 7:
Prueba No. 8:
Prueba No. 9:
CONCLUSIÓN Según los resultados obtenidos, se puede comprobar que la fuerza de rozamiento no depende del peso, es decir, de las masas del cuerpo; además se comprobó que el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento dinamice, lo que trae apareada la gran diferencia entre las fuerzas de rozamiento que se ejercen mientras el cuerpo está en reposo y una vez se ha iniciado el movimiento. A medida de que las fuerzas sean mayores, el coeficiente de rozamiento también irá aumentando; a su vez, se dice que cuanto mayor sea el ángulo de inclinación de la superficie, el coeficiente de fricción igualmente será mayor.
BIBLIOGRAFÍA 1. Raymond Serway, John W. Jewett, Jr. Física para Ciencias e Ingeniería. 5ta edición. Editorial Thomson. 2. Antonio Máximo, Beatriz Alvarenga (2004). Física General . México D.F.: Oxford University Press.
