PRACTICA DE LABORATORIO No 03 FUERZAS DE FRICCIÓN I. OBJETIVOS:
Calcula Calcularr el coefici coeficient ente e de fricción fricción estático estático y cinétic cinético o para deslizamie deslizamiento nto en superficies arbitrarias. Reali Realizar zar cálcu cálculos los dinámi dinámicos cos basá basándo ndose se en consi consider deraci acion ones es diná dinámic micas as y mecánicas para los materiales y accesorios empleados.
AI. FUNDAMENTO TEÓRICO Cada Cada vez vez que que empuj empujamo amos s o jalam jalamos os un cuer cuerpo po que desc descan ansa sa en una una superf superfic icie ie perfectamente perfectamente horizontal con una fuerza, se logra impartir una cierta velocidad, este se detiene poco tiempo después de retirar la fuerza. sto se debe a que e!iste una fuerza que se opone a que este continuara deslizándose. sta fuerza se conoce como la fuerza de fricción o de rozamiento. "a magnitud de esta fuerza opuesta al movimiento depende de muchos factores tales como la condición y naturaleza de las superficies, la velocidad relativa, etc. #e verifica e!perimentalmente que la fuerza de fricción f, tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal $ de presión de un cuerpo sobre otro. "a constante de proporcionalidad es llamada coeficiente de fricción y lo designamos con la letra griega µ , la relación queda como% f = − µ N
(1)
l signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo a la figura &'(. #i el movimiento fuera hacia la derecha, derecha, lo que mueve al móvil será la fuerza resultante R dada por la ecuación &)(% R = mg senθ senθ − µ N
(2)
Figura (1): Fuerza resultante R actuando sobre el bloque
ANALISIS EXPERIMENTAL: Cuando se aplica una fuerza a un objeto que descansa sobre una superficie, que no se mueva hasta que la fuerza que se le aplica es mayor que la fuerza má!ima debido a la fricción estática. estática. l coeficiente coeficiente de fricción estática &u s( es simplemente simplemente la relación entre la fuerza de fricción estática má!ima &*s( y la fuerza normal &*$(% F µ
= S
s
(3)
F N
+ara mantener el objeto en movimiento a una velocidad velocidad constante, una fuerza se debe aplicar al objeto igual a la fuerza de fricción cinética. +or lo tanto, el coeficiente de
-hora, si el gráfico o el sistema tiene una configuración inclinada, donde la masa ' unida al sensor de fuerza está ubicada encima del carril tiene un movimiento ascendente, tal como se muestra en la figura &)(%
Figur !"#: Configuración e!perimental con pendiente. "as ecuaciones que rigieran el movimiento serán%
∑ F = ma
(5)
onde% m, masa del móvil , aceleración del móvil debida a la acción de la fuerza *. $, es el producto de la masa del móvil y la aceleración gravitacional. +ara lo que debieran encontrarse las ecuaciones que permitan determinar los coeficientes de rozamiento estático y cinético.
Cu$ro N 0%: valores de coeficientes de rugosidad para diferentes superficies.
Su&'r(i)i'
Co'(i)i'*+' $' Fri))i,* E-++i)o
Co'(i)i'*+' $' (ri))i,* )i*/+i)o
/adera sobre madera 2ielo sobre hielo /etal sobre metal &lubricado(
0.1 0.'
0.03
0.'4
0.05
-rticulaciones en humanos
0.0'
0.0'
Corcho sobre aluminio seco
0.1
+lástico sobrealuminio seco
0.)
0.3
0.) 0.' Cuadro (1): Coefcientes de Fricción.
EUIPOS 1 MATERIALES. o o o o o o o o o
IV.
Computadora +ersonal #oft6are ata #tudio instalado 7nterface #cience 8orshop 540 #ensor de /ovimiento &C79:51)( #ensor de *uerza &C79:435( -ccesorios de fricción/9;451 #et de masas variables o bloques adicionales Carril, tope y polea, cuerda o hilo negro
PROCEDIMIENTO 1 ACTIVIDADES a. =erificar la cone!ión e instalación de la interface e instalar el sensor de movimiento y fuerza como corresponde. b. -rme el e!perimento de acuerdo a la figura ).
To2 $' $+o-: Tabla (1): Masa del Conjunto Móvil ( masa1 fg. 2 ) Plástico Corcho /asa del cajón de fricción &g( 88 gr 87 gr /asa adicional &g( &posición', fig. &)(( 0 gr 50 gr /asa del sensor de fuerza &g( 0.339 Kg 0.339 Kg /asa total > /asa total > T4 !"#: D+o- $' &4*o i*)4i*$o. M+'ri4: Cor)5o )o* A4u2i*io
Eventos Aceleración Tensión cinética Tensión estática Masa 2 (Fig(2)) Angulo !e "nclinación
1
2
3
0.2 2.43 3.11 305
0.2 2.93 3.17 305
0.3 2.87 3.20 305
6°
6°
6°
Tabla (3): Datos de plano inclinado. Material: Plástico con Aluminio
Eventos Aceleración Tensión cinética Tensión estática Masa2 (Fig(2)) Angulo !e "nclinación
1
2
3
0.8 1.39 1.71 155
0.4 1.37 1.43 155
0.6 1.35 2.14 155
4°
4°
4°
V. CUESTIONARIO. Pri2'r A)+i6i$$ '. ?btenga la ecuación del coeficiente de rugosidad estático y cinética del sistema.
). etermine los coeficientes, con la ecuación de la pregunta anterior y los datos evaluados en las tablas ', ) y 3. ¶ cada evento y material( 3. ?btenga el promedio aritmético de los resultados de coeficientes de rozamiento encontrados en la anterior pregunta, para ello resuma sus respuestas empleando el siguiente modelo%
T4 !7#: R'-u4+$o- '8&'ri2'*+4'- i*-+*+*'o- $' )o'(i)i'*+' $' (ri))i,* Material 1 Coe#cientes !e $ricción
Material 2 u
us
u%
s
u%
&alor
1. etermine el error relativo porcentual con los resultados obtenidos de la pregunta anterior y el valor teórico equivalente del cuadro $o 0'. 4. Calcule la @ensión cinética y estática con los datos correspondientes para el esquema de la figura &)( para cada material. :. etermine el rror relativo porcentual de la @ensiones cinéticas y estáticas empleando los resultados teóricos de @ensión de la pregunta 4 y los e!perimentales anotados en la tabla &)( y &3(. 5. Cuál de las dos actividades realizadas, te parece más correcta, segAn los resultados de error hallados en las preguntas 1 y : anterioresB
;. #egAn usted a que se debe la diferencia entre las tenciones cinéticas y estáticas determinadas de modo e!perimental y teóricamenteB, e!plique.
