Practica 6 Friccion Converted

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Practica 6 - Fricción

Laboratorio Fisica General (Universidad Nacional Jorge Basadre Basa dre Grohmann)

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UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN-TACNA FACULTAD CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL

INFORME N° 06 Fuerza de Rozamiento

PRESENTADO POR: FECHA:

María Fernanda Portugal Cruz 13 de diciembre del 2017

TACNA – PERÚ 2017


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I.

RESUMEN En el presente informe se realizó experimentalmente el cálculo de la fuerza de rozamiento, en un plano inclinado y un plano horizontal, obteniendo coeficiente fricción estática y coeficiente de fricción cinética, se utilizó pequeñas cajas de diferente base, como son de corcho, de teflón y franela, para armar el montaje requerido y comparar los coeficientes obtenidos.

II.

INTRODUCCIÓN La fuerza de fricción es realmente la oposición al movimiento de los cuerpos y se da en todos los medios conocidos (sólidos, líquidos y gaseosos). Atendiendo a que las superficie de los cuerpos en contacto no son idealmente lisas es imposible desaparecer esta fuerza, que en unos casos resulta necesaria reducir y en otros aumentar, ya que la fricción es una fuerza con sentido contrario a la fuerza aplicada. De no ser por la existencia de esta fuerza, no podríamos detenernos una vez puestos en marcha: los vehículos no avanzarían, pues la fricción sirve de apoyo a las ruedas para impulsarse y en su ausencia solo girarían sin avanzar.[ CITATION Ott04 \l 10250 ] Figura N° 01: Fuerza de fricción

Fuente: FisicaLab

Al aumentar la inclinación del plano, llegaríamos a un ángulo θ tal que si lo

aumentásemos también mínimamente, el cuerpo comenzaría a desplazarse. la fuerza de rozamiento estático es directamente proporcional a la fuerza normal. A esta proporcionalidad, al coeficiente que relaciona las dos magnitudes le llamaremos coeficiente de rozamiento estático .[ CITATION Ang16 \l 10250 ] Figura N°02: Coeficiente de rozamiento estático

Fuente: Universo formulas

Cuando la fuerza actuante sobre el peso supera a la de rozamiento, el cuerpo empieza a moverse, bajando en ese instante ligeramente el valor de la fuerza de rozamiento, que ahora se llamará fuerza de rozamiento cinético (o fuerza de fricción por deslizamiento).


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III.

OBJETIVOS Verificar experimentalmente las características de la fuerza de fricción. Determinar los coeficientes de fricción estática en diferentes superficies de contacto. Determinar los coeficientes de fricción cinético en diferentes superficies de contacto Identificar la diferencia entre los coeficientes de fricción estática y cinética de los cuerpos en estudio.

IV.

MATERIALES

Figura N° 04: Tablero de madera Figura N° 08: Transportador

Fuente: Gustavo Mamani (2017)

Figura N° 05: Caja con base de Teflón


Figura N° 09: Pesas de 200g


Figura N° 06: Caja con base de Corcho


Figura N° 10: Dinamómetro


Figura N° 07: Caja con base de Franela


Figura N° 11: Balanza

Fuente: Gustavo Mamani (2017) Fuente: Gustavo Mamani (2017)


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V.

PRODEDIMIENTOS Primero se pesará cada caja con diferente base en la balanza, obteniendo su peso en gramos, después utilizar el dinamómetro para calcular la fuerza de fricción cinética, de cada caja, primero estando vacías, luego con una pesa de 200g. Seguido de 400g. y finalmente con 600g. Después proseguir con la inclinación del plano como se observa en la figura N°12, se coloca el tablero de madera al borde de la mesa de trabajo, para poder medir el ángulo de inclinación, levantando ligeramente el tablero, puesto la caja en el extremo superior del sistema, elevar el tablero sin despegar del nivel de referencia hasta que la caja se deslice hacia la base por el plano. Figura N°12: Montaje del sistema

α

Fuente: Elaboración Propia

Repetir todo el procedimiento para cada caja, de diferente base, calculando el ángulo de inclinación, también se realizara el experimento, estando la caja con 200g, 400g y 600g respectivamente. Figura N°13: Medición de ángulos


Tabla N°01: Formulas a utilizar

PESO W

m× g

=

Fuerza de fricción estática F fe μe × N =

Coeficiente de fricción estática μe

tan α

=

Normal N

cos α × m × g

=

Fuente: Elaboración Propia


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Tabla N°02: Masa de las cajas

Cajas Caja con base de corcho Caja con base de Teflón Caja con base de Franela

Masa (g) 103,7 ± 0.05g 93.5 ± 0.05g 84.4 ± 0.05g

Masa (kg) 0.1037 kg 0.0935 kg 0.0844 kg

Fuente: Elaboración propia

Tabla N°03: Datos obtenidos en el experimento

Cajas Caja con base de corcho Caja con base de Teflón Caja con base de Franela

Caja vacía Ffk α

Caja + 200g Ffk α

Caja + 400g Ffk α

Caja + 600g Ffk α

0.5N

29°

1.4N

28°

2.2N

27.5°

3.3N

29°

0.3N

19°

0.7N

15°

1.05N

16°

1.55N

16.5°

0.4N

23°

0.8N

20.5°

1.4N

19.5°

1.9N

20°


VI.

CALCULOS ALGEBRAICOS Calculo de coeficiente de fricción estática Figura N°13: Diagrama de cuerpo libre – fuerza de fricción estática

Fuente: UniversoFormulas

Caja con base de corcho Caja vacía

1.02 N 0.89 N μe tan 29 ° μe 0.55 F fe 0.49 N W N

=

=

=

=

=

Caja + 200g.


=

=

=

=

=

Caja + 400g.

4.94 N 4.38 N μe tan 27.5 ° μe 0.52 F fe 2.28 N W N

=

=

=

=

=

Caja + 600g.


=

=

=

=

=


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Calculo de error de coeficiente de fricción estática

√

φμ

0.0007 4−1 0.02

μe

0.54 ± 0.02

φμ = =

μe μ prom ± φμ =

μe

0.54 ± φμ

=

=

Caja con base de Teflón Caja vacía

Caja + 200g.

0.92 N 0.87 N μe tan 19 ° μe 0 .34 F fe 0.30 N W N

=

=

=

=

=

2.88 N 2.78 N μe tan 15 ° μe 0. 27 F fe 0.74 N W N

=

=

= =

=

Caja + 400g.

Caja + 600g.

4.84 N 4.65 N μe tan 16 ° μe 0.29 F fe 1.33 N

6.80 N 6.52 N μe tan 16.5 ° μe 0. 296 F fe 1.93 N

W N

=

=

=

=

=

=

=

=

φμ μe

0.29 ± 0.03

=

=

μ e μ prom ± φμ =

μe

=

=

0.002936 4−1 0.03

φμ

Calculo de error de coeficiente de fricción estática

W N

0.29 ± φμ

=

=

Caja con base de F ranela Caja vacía


=

=

=

=

=

Caja + 200g.

Caja + 400g.

2.79 N 2.61 N μe tan 20.5 ° μe 0.37 F fe 0.98 N

4.75 N 4.48 N μe tan 19.5 ° μe 0.35 F fe 1.59 N

W N

=

=

=

=

=

Calculo de error de coeficiente de fricción estática μe μ prom ± φμ =

μe

0.38 ± φμ

W N

Caja + 600g.

=

=

=

=

=

φμ

0.003 4−1 0.03

μe

0.38 ± 0.03

φμ

6.71 N 6,31 N μe tan 20 ° μe 0.36 F fe 2.30 N W N

=

=

=

=

=

=

=

=

=

Calculo de coeficiente de fricción cinética Figura N°14: Diagrama de cuerpo libre – fuerza de fricción cinética


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Fuente: UniversoFormulas

Caja con base de corcho Caja vacía

Caja + 200g.

Caja + 400g.

Caja + 600g.

N 1.02 N F fc 0.5 N

N 2.98 N F fc 1.4 N

N 4.94 N F fc 2.2 N

N 6.90 N F fc 3.3 N

μc

μc

μc

μc

=

=

=

=

0.49

=

0. 47

=

=

=

=

=

0.44

=

Calculo de error de coeficiente de fricción cinética

√

φμ

0.0014 4−1 0.02

μc

0.47 ± 0.02

φμ

0.48

=

=

=

μc μ prom ± φμ =

μc

0.47 ± φμ

=

=

Caja con base de Teflón Caja vacía

Caja + 200g.

Caja + 400g.

Caja + 600g.

N 0.92 N F fc 0.3 N

N 2.88 N F fc 0.7 N

N 4.84 N F fc 1.05 N

N 6.80 N F fc 1.55 N

μc

μc

μc

μc

=

=

=

=

=

0 .33

0. 24

=

=

=

0.22

=


=

=

0. 23

√

φμ

0.0078 4−1 0.05

μc

0.25 ± 0.0 5

φμ =

=

=

μc μ prom ± φμ =

μc

0.25 ± φμ

=

=

Caja con base de F ranela

Caja vacía

N 0.83 N F fc 0.4 N =

μc

0.48

=

Caja + 200g.

=


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N 2.79 N F fc 0.8 N

Caja + 400g.

=

=

μc

0.29

N 4.75 N F fc 1.4 N

=

μc

0.30

N 6.71 N F fc 1.9 N

=

=

Caja + 600g.

=

μc

=

0.28

=

=


√

φμ

0.0273 4−1 0.09

μc

0.34 ± 0.09

φμ = =

μ c μ prom ± φμ =

μc

VII.

0.34 ± φμ

=

=

CALCULOS GRAFICOS

Grafica N°01: Base de Corcho – coeficiente de fricción 3.54 estática

3.53 2.532 N ) ) 2.5 N( 2 ( 1.5 c e 1.5 FF 1 1 0.5 0.5 00

Grafica N°02: Base de Corcho – coeficiente de fricción cinética

f(x) = 0.47 x − 0.01 f(x) = 0.59 x − 0.01

0

11 22 3 3 4 4 5 56 67

78

F (N)

Fuente: Propia

Fuente: Propia

Fe ( 0.59 ) N −0.012

Fc= ( 0.47 ) N −0.008

Grafica N°03: Base de Teflón – coeficiente de fricción estática

Grafica N°04: Base de Teflón – coeficiente de fricción cinética

=

2.52

1.52 ) ) 1.5 N (e N( 11 F cF 0.5 0.5 0

f(x) == 0.21 0.29 x + − 0 f(x) 0.09

0

11 22 3 3 4 4 5 5 6 67

78

F (N) Fuente: Propia

Fuente: Propia Fe= ( 0.29 ) N −0.003

Grafica N°05: Base de Franela – coeficiente de fricción estática

Fc ( 0.21 ) N −0.093 =

Grafica N°06: Base de Franela – coeficiente de fricción cinética


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2.52 f(x) f(x) == 0.26 0.35 xx ++ 0.14 0.05

1.52 ) 1.5 ) N (e (N 11 c FF 0.5 0.5 0

0

11 22 3 3 4 4 5 5 6 67

78

F (N)

Fuente: Propia

Fuente: Propia

Fc ( 0.26 ) N −0.144

Fe=( 0.35 ) N −0.046

VIII.

=

RESULTADOS Tabla N°04: Resumiendo los datos obtenidos

Cajas Caja vacía Caja + 200g Caja + 400g Caja + 600g

Caja con base de Caja con base de Caja con base de corcho Teflón Franela F(N) Ffe(N) Ffc(N) F(N) Ffe (N) Ffc(N) F(N) Ffe(N) Ffc(N) 1.02

0.49

0.5

0.92

0.30

0.3

0.83

0.32

0.4

2.98

1.40

1.4

2.88

0.74

0.7

2.79

0.98

0.8

4.94

2.28

2.2

4.84

1.33

1.05

4.75

1.59

1.4

6.90

3.35

3.3

6.80

1.93

1.55

6.71

2.30

1.9


Tabla N°05: Coeficiente de fricción estático - cinético

Método algebraico

Cajas

μe

Caja con base de Corcho Caja con base de Teflón Caja con base de Franela

μc

Método grafico μe

μc

0.54 ± 0.02 0.47 ± 0.02

0.59

0.47

0.29 ± 0.03 0.25 ± 0.05

0.29

0.21

0.38 ± 0.03 0.34 ± 0.09

0.35

0.26


Figura N°15: Comparación de coeficiente de fricción estático - cinético 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

0.54 0.47

0.29 0.25

0.38 0.34

coeficS ieuntdeisdtr eibf u riccicóin ónes etsátaptir coahibidcao|eD f ic cir óC nR cIiS ne caN POLO ([email protected]) eisecnatergdaedf oripco Tt IiA

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En la figura N°15, se observa la comparación entre el coeficiente de fricción estático y el coeficiente de fricción cinético, siendo mayor el coeficiente de fricción estático.

IX.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS En el plano inclinado, que fue sujetado por u integrante del grupo de trabajo para el montaje del experimento, fue variable, obteniendo el ángulo de inclinación, el cual está ligado al coeficiente de fricción estática, siendo vectorialmente opuesta a la Fuerza del objeto, la cual se descompone en el eje x y el eje y, para poder encontrar la fuerza normal, en el plano inclinado, lo que oponía que el cuerpo resbalara es la fuerza de rozamiento. En el montaje del experimento, en el plano inclinado, realizando el diagrama de cuerpo libre, incluyendo las fuerzas que actúan se pudo calcular el coeficiente de fricción estática, los pesos incluidos en las cajas se colocaron al extremo opuesto a la inclinación. Utilizando el dinamómetro en un plano horizontal se determinó experimentalmente la fuerza de fricción cinética, por ser constante, y realizando los cálculos respectivos se determinó el coeficiente de fricción cinética, los pesos incluidos en las cajas se colocaron en medio del espacio de estas. La fuerza de fricción estática, es exponencial, mientras que la fuerza de fricción cinética, es constante.

X.

CONCLUSIONES La fuerza de fricción se opone al movimiento, mediante el montaje en el plano inclinado, el ángulo de inclinado, fue variado, debido a cada caja de diferente base, evidenciando que existe fuerza de rozamiento en el diagrama. Se utilizó tres cajas con diferentes bases en el montaje, en plano inclinado, se determinó que el coeficiente de fricción estática, en la caja de teflón el valor mínimo es de 0.26 y el valor máximo es de 0.32, siendo el menor valor entre los coeficientes, en la caja con base de franela el valor mínimo es de 0.35 y el valor máximo de 0.41, en la caja con base de corcho el valor mínimo es de 0.52 y el valor máximo es de 0.56, siendo el mayor valor entre los coeficientes.


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Se utilizó tres cajas con diferentes bases en el montaje, en plano horizontal, se determinó que el coeficiente de fricción cinética, en la caja de teflón el valor mínimo es de 0.20 y el valor máximo es de 0.30, siendo el menor valor entre los coeficientes, en la caja con base de franela el valor mínimo es de 0.25 y el valor máximo de 0.43, en la caja con base de corcho el valor mínimo es de 0.45 y el valor máximo es de 0.49, siendo el mayor valor entre los coeficientes. Al realizar la comparación entre el coeficiente de fricción estático y el coeficiente de fricción cinético en las bases identificadas (corcho, franela, teflón), teniendo que el valor del coeficiente de fricción estático es mayor al valor de coeficiente de fricción cinético.

XI.

SUGERENCIAS Tener el debido cuidado con los instrumentos dados en el laboratorio, seguir la guía de laboratorio para realizar correctamente los experimentos propuestos. Tener en cuenta que las mediciones realizadas por los instrumentos, tienen margen de error, realizar los respectivos cálculos con fórmulas de cálculos de errores. El experimento se tiene que realizar en grupo, por lo que una persona se encarga de la precisión de que resbale las cajas, mientras que otro mida el ángulo de inclinación, además de quien anote y quien sujete el objeto al caer.

XII.

REFERENCIAS

CITATION Ott04 \l 10250 : , (Nuñez, 2004), CITATION Ang16 \l 10250 : , (Garcia, 2016),


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