Leyes de Newton y fuerzas de rozamiento

STRAMUCCI, PATRICIA                                        LABORATORIO DE FÍSICA I

Leyes de Newton y fuerzas de rozamiento

Objetivo:

Evaluar la aceleración adquirida por un cuerpo sobre el que actúa una fuerza de empuje y una de rozamiento y determinar el coeficiente de la fuerza de rozamiento involucrada.

Materiales:

Laboratorio Virtual: www.phet.colorado.edu/sims/html/phorces-and-motion-basics_es.html 

Marco teórico:

La mecánica clásica describe la relación entre los objetos de nuestro mundo cotidiano y las fuerzas que actúan sobre ellos. Siempre que el sistema considerado no involucre partículas a escala atómica o con velocidades cercanas a la de la luz, la mecánica clásica es una muy buena descripción de lo que sucede en la naturaleza.

Las leyes de Newton, publicadas en 1687 en su obra Philosofiae Naturalis Principia Mathematica, junto con la ley de gravitación universal significaron una verdadera revolución del mundo físico y continúan siendo útiles para demostrar la mayor parte de los fenómenos de la vida hasta nuestros días.

La primera ley, la ley de inercia, establece que en un sistema de referencia inercial los cuerpos permanecen en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme si la sumatoria de las fuerzas que actúan sobre ellos es igual a cero; este concepto cambió completamente la idea aristotélica del movimiento, que suponía que un cuerpo no podía moverse si no existía una fuerza que estuviera actuando sobre él. La segunda, la ley de masa, establece que la aceleración que adquiere un cuerpo al ser sometido a una fuerza es directamente proporcional a esta. El coeficiente de proporcionalidad entre fuerza producida y aceleración obtenida es lo que llamamos masa del cuerpo. Por último, la tercera ley, de acción y reacción, establece que si un cuerpo produce una fuerza sobre otro este produce sobre el primero una fuerza de igual dirección y magnitud, pero de sentido opuesto.

Estas tres leyes, más la de gravitación universal, permitieron demostrar las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario y han servido y sirven hasta hoy para predecir la mayor parte de los movimientos que involucren fuerzas que actúan sobre los cuerpos; de modo que podemos demostrar mediante el uso del simulador virtual, que la aceleración adquirida por un cuerpo que es sometido a una fuerza coincide con el enunciado de las leyes de Newton.

Realización:

Se trata de calcular, con la ayuda del simulador, la aceleración que adquiere un cuerpo conociendo la masa y las fuerzas que actúan sobre él. Además, se busca determinar el coeficiente de rozamiento que está actuando.

En primer término, se colocan en el simulador las condiciones con que se desea trabajar, que son en este caso:

Masa: 50 kg.

Fuerza aplicada: 200 N

Fuerza de rozamiento: 29 N

[pic 1]

Para el cálculo de la aceleración, sabemos por la segunda ley de Newton:

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

Podemos verificar el resultado en el simulador agregando la opción correspondiente:[pic 5]

Por último, calculamos el coeficiente de rozamiento dinámico (µ). De acuerdo con su definición:

-[pic 6]

De donde resulta

[pic 7]

Calculamos la Normal aplicando la primera ley de Newton:

[pic 8]

Como las únicas fuerzas que actúan en el sentido vertical son el peso y la Normal:

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

A continuación reemplazamos los valores para calcular el coeficiente de rozamiento:

[pic 13]

Debido a que se trata de un coeficiente, el resultado es una cantidad adimensional.

Conclusiones:

Mediante el uso del simulador pudimos verificar que las leyes de Newton nos permiten calcular efectivamente el valor de la aceleración que adquiere un cuerpo conociendo la masa y las fuerzas que actúan sobre él. Así mismo, pudimos verificar que el cálculo obtenido era el correcto, agregando al simulador la opción para que nos indique la aceleración obtenida. Por otra parte, con la definición de la fuerza de rozamiento pudimos calcular el coeficiente de rozamiento entre las dos superficies.

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