Práctica de laboratorio. Coeficientes de fricción
Enviado por Hector Merari • 26 de Septiembre de 2018 • Documentos de Investigación • 1.240 Palabras (5 Páginas) • 159 Visitas
Práctica de laboratorio. Coeficientes de fricción
García Mosqueda Julián Alejandro, Guapo Aguilera Paulo Antonio, Ramos Cárdenas Ashley Valeria, Sepulveda Sierra Hector Merari, Valdez Álvarez Cesar Emilio
Preparatoria 18 de Marzo, Vocacional, Salamanca, México
Abstract— En este documento se describe la metodología experimental empleada para el cálculo del coeficiente estático de fricción presente en diversos objetos, haciendo uso de un plano inclinado.
- INTRODUCCIÓN
- Fuerza de fricción
Siempre que dos cuerpos interactúan por contacto directo de sus superficies, llamamos a dicha interacción fuerzas de contacto.
La fuerza normal es un ejemplo de fuerza de contacto, otra fuerza de contacto es: la fuerza de fricción.
Una fuerza importante en muchos aspectos de nuestra vida es la fricción.
Sin fricción, los clavos se saldrían, las bombillas y tapas de frascos se desatornillarían sin esfuerzo y el hockey sobre hielo sería imposible.
Cuando un cuerpo descansa o se desliza sobre una superficie, podemos representar la fuerza de contacto que la superficie ejerce sobre el cuerpo en términos de componentes de fuerza perpendiculares y paralelos a la superficie (Fig. 1). El vector componente perpendicular es la fuerza normal, denotada con “n”. El vector componente paralelo a la superficie (y perpendicular a “n”) es la fuerza de fricción.
[pic 1]
Fig. 1 Diagrama de fuerzas presentes sobre un objeto.
La dirección de la fuerza de fricción siempre es opuesta al movimiento relativo de las dos superficies.
El tipo de fricción que actúa cuando un cuerpo se desliza sobre una superficie es la fuerza de fricción cinética. El adjetivo “cinética” y el subíndice “k” nos recuerdan que las dos superficies se mueven una relativa a la otra. La magnitud de esta fuerza suele aumentar al aumentar la fuerza normal. Por ello, se requiere más fuerza para deslizar por el piso una caja llena de libros, que la misma caja vacía.
La magnitud de la fuerza de fricción cinética experimental es aproximadamente proporcional a la magnitud de la fuerza normal. En tales casos, representamos la relación con la ecuación: [pic 2][pic 3]
[pic 4]
Donde es una constante llamada coeficiente de fricción cinética. Cuanto más resbalosa sea una superficie, menor será el coeficiente de fricción. Al ser un cociente de dos magnitudes de fuerza, es un número puro sin unidades.[pic 5][pic 6]
[pic 7]
Fig. 2 Comportamiento de un objeto sometido a diferentes condiciones.
Las fuerzas de fricción también pueden actuar cuando no hay movimiento relativo. Si tratamos de deslizar por el piso la caja con libros, tal vez no se mueva porque el piso ejerce una fuerza de fricción igual y opuesta sobre la caja. Ésta se llama fuerza de fricción estática
En la Fig. 2a, la caja está en equilibrio, bajo la acción de su peso y la fuerza normal hacia arriba La fuerza normal es igual en magnitud al peso (n = w) y ejercida por el piso sobre la caja. Ahora atamos una cuerda a la caja y gradualmente aumentamos la tensión T en la cuerda.
Al principio, la caja no se mueve porque, al aumentar T, la fuerza de fricción estática también aumenta (su magnitud se mantiene igual a T), como se puede apreciar en la Fig. 2b.[pic 8]
En algún momento, T se vuelve mayor que la fuerza de fricción estática “fs” máxima que la superficie puede ejercer; después, la caja “se suelta” y comienza a deslizarse.
La Fig. 2c muestra las fuerzas cuando T tiene este valor crítico. Si T excede dicho valor, la caja ya no estará en equilibrio.
Llamamos coeficiente de fricción estática al factor de proporcionalidad .[pic 9]
[pic 10]
- MATERIALES
- Plano inclinado
- Dos tablas perpendiculares de 60cm. de altura por 10cm. de base, unidas por una bisagra las cuales se puedan abrir y cerrar sin problema formando ángulos de distintas medidas.
- Una de las tablas siendo la base del plano inclinado y la otra tabla siendo la que se pueda abrir y cerrar con 4 diferentes superficies, cada superficie con 15cm. de base por 15cm. de altura
- Superficies
- Acrílico
- Cristal
- Lija NO. 40
- Lija de agua
- Objetos
- Carrito de juguete
- Borrador de migajón
- Piedra pequeña
- Moneda
- DESARROLLO
- Coeficientes de fricción
Como se muestra en la Fig. 3, las fuerzas que actúan sobre el objeto son el peso (P = mg), la reacción del plano inclinado (Fn), y la fuerza de rozamiento (Fr), opuesta al movimiento.[pic 11]
Fig. 3 Diagrama de fuerzas presentes en el sistema
Como hay equilibrio en sentido perpendicular al plano inclinado, la fuerza normal Fn es igual a la componente perpendicular al plano inclinado del peso.
[pic 12]
Si las personas se mueven con velocidad constante la componente del peso a lo largo del plano inclinado es igual a la fuerza de rozamiento
[pic 13]
Como los objetos comenzarán a moverse la fuerza de rozamiento es igual al producto del coeficiente de rozamiento estático por la fuerza normal
[pic 14]
Sustituyendo los valores de la normal y la fuerza de rozamiento se obtiene que
[pic 15]
[pic 16]
Con estas ecuaciones se determina que la medida del coeficiente de rozamiento por deslizamiento viene dado por la tangente del ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal. A este ángulo para el cual el movimiento de los objetos es uniforme, se le denominará ángulo crítico.
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