Medición Del Coeficiente De Fricción Cinético.

Experimento #35.

Medición del coeficiente de fricción cinético.

Objetivos:

Medir el coeficiente de fricción cinético en un plano inclinado.

Determinar la aceleración de un cuerpo.

Calcular la incertidumbre de una medición.

Obtener al valor promedio de un conjunto de medidas.

Diferenciar entre medidas directas e indirectas.

Materiales:

Riel de Aluminio # _28895_

3 Bloques de diferente material.

Cronómetro #_FI1201-5_

Calculadora.

Regla graduada en mm __mesa # 1__

Teoría:

Antes de poder entrar al tema de fricción se deben tomar en cuenta varios conceptos.

Fuerza: Variación de la cantidad de movimiento por unidad de tiempo. Su unidad es el Newton (n).

Es una cantidad vectorial con dirección y magnitud. Una fuerza puede poner en movimiento a un objeto originalmente en reposo, puede acelerar o frenar un movimiento o cambiar la dirección en que se mueve, es decir, es algo que puede cambiar el estado de movimiento de un cuerpo. (1)

La fuerza neta es la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema. (1) Si ésta es cero el cuerpo continua en su estado original de movimiento, es decir, si está en reposo continua en reposo y si está en movimiento con alguna velocidad permanece con esta. (Primera ley de Newton) (4)

Podemos mencionar dos tipos de fuerzas:

Fuerza de contacto: llamadas así porque resultan del contacto físico entre dos objetos, por ejemplo la fuerza de fricción, normal, de reacción, entre otras.

Fuerza de campo: no involucran contacto físico, por ejemplo la fuerza de atracción gravitacional entre dos objetos. (4)

Fuerza Normal: siempre es perpendicular a la superficie, es la fuerza de reacción de una superficie sobre un cuerpo y se denota con N. (1)

Peso: Magnitud de la fuerza gravitacional que actúa sobre un objeto. (4) Como reacción a N (Tercera ley de Newton, F_12=F_21) hay una fuerza hacia abajo cuya magnitud es la del peso del cuerpo. (1)

w=mg (4)

Aceleración: al aplicarle una fuerza a un cuerpo este se mueve con una aceleración que es directamente proporcional a la fuerza neta que se le aplique e inversamente proporcional a la masa. (Segunda ley de Newton)

ΣF=ma (4)

Diagrama de cuerpo libre: es un dibujo donde aparecen todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

(5)

Fricción:

La fricción se refiere a la resistencia al movimiento que se da cuando dos cuerpos están en contacto y se caracteriza como fuerza de fricción (f) (1), los experimentos demuestran que la fuerza de fricción aparece debido a la rugosidad de las superficies y que el contacto entra ellas solo se da en unos pocos puntos.(1)

(2)

No se nota gran diferencia al intentar frenar un trineo a una velocidad o a otra más alta, la fricción es casi independiente de la velocidad de desplazamiento.

La fricción necesaria para deslizar un ladrillo sobre cualquier cara es casi la misma, la fricción es prácticamente independiente del área de contacto.

Es distinto arrastrar una silla sola y una con una persona encima de 800N de peso, la fricción es directamente proporcional a la fuerza que presiona las dos superficies de contacto. (3)

La fricción entre sólidos generalmente se clasifica en tres tipos:

Fricción estática (f_s): la fuerza de fricción es suficiente para impedir un movimiento relativo entra las superficies.

Fricción deslizante o cinética (f_k): hay un movimiento relativo entre las superficies en contacto.

Fricción de rodamiento: una superficie gira conforme se va moviendo sobre otra superficie, pero no se desliza en el punto o área de contacto. (1)

La fuerza de fricción depende tanto de la naturaleza de las dos superficies en contacto como de la carga (fuerza de contacto) que presiona una superficie sobre la otra y son casi independientes del área de contacto entre las superficies. (1) En este experimento se analiza la fuerza de fricción cinética (f_k), pero antes de esta se da otra igualmente importante, la fuerza de fricción estática (f_s).

Al intentar mover un objeto se aplica una fuerza (F) pero hay otra fuerza que la contrarresta y evita que el objeto se mueva (f_s), su magnitud es:

f_s≤μ_s N

Mientras el cuerpo no se mueva F=f_s entonces si una fuerza aumenta la otra también lo hace. Si se aumenta la magnitud de F lo suficiente el objeto al fin se moverá y justo antes de moverse f_s llega a su punto máximo, en este momento la fuerza de fricción se transforma en f_k. (1)

Entonces la fuerza de fricción cinética se da una vez que uno de los cuerpos en contacto comienza a moverse y actúa en dirección opuesta al movimiento, su magnitud es:

f_k=μ_k N (1)

Si jalamos un bloque horizontalmente encontramos que se necesita mayor fuerza de arranque que para mantener el movimiento (4), esto significa que:

f_k<f_s.

(1)

Incertidumbre:

Margen estimado de error en una medición que se escribe utilizando el signo ± entre el valor medido y el error de la medición. (7)

Existe una incertidumbre asociada a toda medición, entre las fuentes están la exactitud limitada de todo instrumento de medición y la incapacidad de leer un instrumento mas allá de cierta fracción de división más pequeña. (6)

Se distinguen tres tipos de incertidumbre:

Incertidumbre absoluta (IA): el margen de error se reporta con las mismas unidades al valor medido y debe ser consistente con las cifras significativas de la medición.

Incertidumbre relativa (IR): es igual a la IA dividida entre el valor medido, es una cantidad adimensional.

Incertidumbre porcentual (IP): es la IR multiplicada por 100, es decir, se expresa el margen de error en porcentaje. (7)

Las medidas que se hacen en el laboratorio se pueden clasificar como:

Medidas Directas: resultan de la comparación de una cierta cantidad física desconocida con otra estándar de la misma naturaleza con la ayuda de un aparato para medir, estas se pueden repetir varias veces o solo una vez. Por ejemplo la determinación de una masa, una longitud o el tiempo.

Medidas Indirectas: resultan del cálculo cuando una magnitud es una función de una o más medidas directas. Por ejemplo, calcular la aceleración de un cuerpo o el coeficiente de fricción. (8)

Media aritmética: también llamada promedio o media. La media aritmética de una variable de tipo cuantitativo como la suma de todos los valores entre el número total de observaciones. (9)

Procedimiento:

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