Hojas Determinar el coeficiente de fricción cinética entre dos superficies mediante análisis energético.

[pic 1]

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Física I

Pauta:

Energía

Instructores:

Reyna Valle

Sophie Mendoza

Módulo II, 2015

Resumen Introductorio

Objetivos de la experiencia

1. Calcular la energía cinética y potencial que posee un objeto.
2. Determinar el coeficiente de fricción cinética entre dos superficies mediante análisis energético.
3. Calcular la energía potencial almacenada en un resorte.

Precauciones experimentales

• La fotocelda debe estar perpendicular a la superficie.
• Las superficies deben estar limpias.
• La distancia recorrida se toma del centro de la fotocelda a la banderilla.
• Registrar correctamente el largo de la banderilla en el programa “MEASURE”.
• Fijar correctamente la masa de 1kg.
• La longitud inicial del resorte debe ser la misma.
• La medición en el transportador debe ser 0° en el montaje B.
• Soltar la masa procurando que no toque ninguna superficie.
• Detener el bloque antes de que caiga del montaje.
• La cuerda que une el bloque con la masa colgante no debe estar en contacto con la madera del montaje.

Resumen del trabajo realizado

En la parte A se mide la velocidad y con el fin de calcular la energía que posee el bloque en un plano inclinado, para obtener el coeficiente de fricción por medio de análisis de las energías. Se inclina el plano a cierto ángulo hasta que el bloque deslice sin dificultad, luego se coloca la fotocelda a 45cm del comienzo del plano (se asume que el comienzo es el extremo con mayor elevación). Se suelta un bloque desde la parte superior hasta la inferior, procurando que la fotocelda registrara la velocidad del bloque, se registran otros datos además como: la masa del bloque, ángulo de inclinación, longitud del w; los procedimientos se realizan para las combinaciones cartón-cartón y mica-cartón.

Para la parte B se mide la longitud final del resorte para así calcular la constante de fuerza K, primero se coloca el plano de manera que quede horizontalmente, es decir el transportador debe tener un ángulo de 0°, luego se deja caer la masa de 1kg amarrada de un extremo del bloque, teniendo en cuenta que la longitud inicial del resorte debe ser siempre la misma, y así con el metro se mide la longitud final y se repiten estos procedimientos para combinaciones de Mica-Cartón y Cartón-Cartón.

Cálculos

Parte A:

1. Determinar el desplazamiento del bloque B1

[pic 2]

1. Calcular la energía potencial inicial del bloque

[pic 3]

• Cartón-Cartón U = 0.393 J
• Mica-Cartón U = 0.450 J

1. Calcule la energía final del bloque (cinética + potencial), además encuentre una expresión para el trabajo debido a las fuerzas no conservativas en función del coeficiente de fricción cinética entre el plano y el bloque.

[pic 4]

U=0, porque la fotocelda se considera el origen del sistema.

• Cartón-Cartón E = 0.160 J
• Mica-Cartón E = 0.150 J

1. Usando análisis energético determine el coeficiente de fricción cinética entre las superficies

[pic 5]

• Cartón-cartón µ=0.36
• Mica-cartón µ=0.29

Parte B:

1. Calcule el desplazamiento del bloque y la masa colgante, para ello debe determinar cuánto se estiro el resorte.

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

1. Calcule la energía potencial inicial del bloque y la masa colgante. (Sugerencia: utilice la posición inicial de estos como el cero para facilitar los cálculos)

Para el bloque U=0, ya que esta posición se definió el origen.

Y para la masa que sufriría un desplazamiento vertical igual al desplazamiento horizontal

[pic 12]

1. Calcule la energía final del bloque y la masa colgante (cinética + potencial), además encuentre una expresión para el trabajo debido a las fuerzas no conservativas en función del coeficiente de fricción cinética entre el plano y el bloque.

[pic 13]

[pic 14]

1. Usando análisis energéticos determine la constante de fuerza K del resorte para:

a) Las superficies Cartón-cartón.

b) Las superficies Mica-cartón.

[pic 15]

[pic 16]

Resultados

Parte A:

1. Hacer un gráfico de como decae la energía potencial del bloque en un plano inclinado en función de la posición (altura).

[pic 17][pic 18]

1. Hacer un gráfico de como decae la energía mecánica total del bloque en un plano inclinado en función de la posición, para las superficies cartón-cartón cuando existen perdidas por fricción.[pic 19]

1. Hacer un gráfico de como decae la energía mecánica total del bloque en un plano inclinado en función de la posición, para las superficies cartón-cartón cuando existen perdidas por fricción.

[pic 20]

Parte B:

1. Hacer un gráfico de como aumenta la energía potencial de un resorte al estirar dicho resorte en función de la posición.

[pic 21][pic 22]

1. Hacer un gráfico de la energía mecánica total en función de la posición, para las superficies Cartón-cartón y mica-cartón cuando existen perdidas por fricción.

[pic 23]

[pic 24]

Cuestionario

Para el procedimiento A, considerando que la fuerza de fricción es constante, ¿es posible que el bloque haya recorrido distancias iguales en tiempos iguales?

• Para que el bloque haya recorrido distancias iguales en tiempos iguales  debe ir a velocidad constante (MRU) por lo que la aceleración sería igual a cero, esto último no es posible ya  que al realizar el análisis de fuerzas ∑ F = m a, es distinto de cero por lo que el movimiento observado es acelerado (MRUA).

1. Si la masa del bloque no fuera conocida en la parte A, ¿es posible determinar el coeficiente de fricción entre el bloque y la superficie?

• Si es posible realizar el cálculo del  coeficiente de fricción sin tener la masa, al efectuar el análisis de fuerzas que actúan sobre el bloque o el análisis de energía, determinamos que la masa es un factor común en cada uno de los términos por lo tanto desaparece.

         Aplicando la ley de conservación de la energía:

[pic 25]

Sabemos que energía mecánica es la sumatoria de la energía potencial, y la energía cinética. Además recordemos que en el inicio no hay energía cinética y al final no hay energía potencial.

...