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CÁLCULO DE FUERZA DE FRICCIÓN Y COEFICIENTE DE FRICCIÓN

Calculation of kinetic and static coefficient of friction

Camilo Ruiz Gómez*, Mónica Triana estrada, Daniel Piñeros.

Ingeniería ambiental. 41122036

Ingeniería ambiental 43111002

Ingeniería ambiental 41122156

Resumen

El objetivo general de esta práctica es estudiar el cálculo de fuerza de fricción y coeficiente de fricción para algunos casos particulares de superficie, donde el coeficiente de fricción μ no pasará de 1,00. Esto se hará por medio de una caja de madera con un hueco en el centro colocando los medallas para la toma de muestras, que se puede graduar, donde cada una tiene superficies diferentes y cada una de las anteriores tenía tres intentos en donde la masa era diferente en cada intento y en la primera se calculaba el coeficiente cinético.

Palabras claves: Coeficiente de fricción, fricción.

Abstract

The overall objective of this lab is to study the friction force calculation and coefficient of friction for some particular cases of surface where the friction coefficient μ will not exceed 1.00. This will be done by means of a wooden box with a hole in the center placing the medals for sampling, which can be adjusted, each having different surfaces and each of the above had three attempts in which the mass was different in each attempt and the first kinetic coefficient was calculated.

Keywords: Friction coefficient friction.

© 2012 Revista Colombiana de Física. Todos los derechos reservados.

Introducción

En este experimento se querrá estudiar el cálculo de fuerza de fricción y coeficiente de fricción para algunos casos particulares de superficie. Además por medio

Marco teórico

Fricción se define como fuerza de rozamiento entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática).

Al observarse la imagen, se puede ver que el hombre realiza una fuerza sobre el objeto a la cual llamamos fuerza de empuje, también podemos llamarle fuerza aplicada. Podemos asumir que el objeto se desliza a la derecha, sin que haya rotación. La dirección de la fuerza, también es a la derecha, mientras que la fricción se dirige a la izquierda. En otras palabras la fuerza de fricción actúa paralela a la superficie y en contra del movimiento.

El coeficiente de fricción: Es un coeficiente adimensional que expresa la oposición que ofrecen dichas superficies. Usualmente se representa con la letra griega μ. Existen dos diferentes coeficientes de fricción que son el estático y el dinámico. Donde el coeficiente de rozamiento estático corresponde a la mayor fuerza que el cuerpo puede soportar antes de iniciar el movimiento y el coeficiente de rozamiento dinámico es el que corresponde a la fuerza necesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado.

El coeficiente de fricción se lo obtiene mediante la siguiente fórmula:

e= Fe/N

Donde e es el coeficiente estático, Fe es la fuerza estática y N es la fuerza normal que actúa sobre el cuerpo.

d = Fd/N

Donde d es el coeficiente dinámico, Fdes la fuerza y N es la normal.

Tipos de fricción o rozamiento:

Se pueden identificar dos tipos de fricción que son:

Fricción estática:

Sobre un cuerpo en reposo al que aplicamos una fuerza horizontal F, intervienen cuatro fuerzas.

F=Fr= µemg

Fricción cinética: Esta fuerza actúa sobre el cuerpo cuando se encuentra en movimiento y su valor es menor que la fuerza de rozamiento estático.

F= µdmg+ma

Para calcular el coeficiente de fricción estático se tiene en cuenta la sumatoria de fuerzas en y y de fuerzas en x en un diagrama de fuerzas de una masa en un plano inclinado, donde se puede deducir que remplazando en cada una de las ecuaciones obtenidas se obtiene la fórmula para determinar el coeficiente de fricción estática.

Z ̅ F_x: F_R-mgsenθ=0

F_R=mgsenθ

μN=mgsenθ

Z ̅ F_y: N-mgcosθ=0

N=mgcosθ

Entonces se sustituye N.

μ(mgcosθ)=mgsenθ

μ=mgsenθ/mgcosθ

μ=senθ/cosθ

μ=tanθ

Para calcular el coeficiente de fricción estático, se toman las fuerza de y y x de ambas masas dadas por el diagrama de cuerpo libre. Entonces:

Para M1:

Z ̅ F_y: N-m_1 gcosθ=0

N=m_1 gcosθ

Z ̅ F_x: T-m_1 gsenθ- F_R=0

Para M2:

Z ̅ F_y: T-m_2 g=0

T=m_2 g

Entonces se remplaza en la ecuación de sumatorias de fuerzas en x.

m_2 g-μ〖(m〗_1 gcosθ)=m_1 senθ

m_2 g-m_1 gsenθ=μ(m_1 gcosθ)

(m_2 g-m_1 gsenθ)/(m_1 gcosθ)=μ

Metodología

El laboratorio se inició explicando cómo se calculaba una fuerza de fricción con su correspondiente coeficiente ya sea estático como cinético y donde su tensión asumíamos que era igual al peso del objeto colgado por la gravedad; en el experimento había un montaje de una superficie que se podía graduar y una cajita de madera con un hueco adentro para colocarle las medallas con diferente peso.

Se hicieron dos tomas de muestras y a su vez cada una tenía tres parejas de superficies diferentes y cada una de las anteriores que hacer con pesos diferentes para mirar la diferencia pro el peso.

Tabla 1 En la siguiente tabla se muestra los datos arrojados por el primer montaje de fuerzas en la primera columna se encuentra la pareja de superficies en la segunda columna la masa 1 que era la de la cajita de madera, en la tercera columna la masa 2 que era la que dependía de la masa que colgaba, en la cuarta el ángulo que iba variando conforme con el fin de que la cajita subiera con una velocidad constante, este a su vez variaba el peso del objeto teniendo en cuenta que este dependía de colgarle un aparato para que soportara el peso de cada medalla que a su vez también tenía un peso específico de 50 g, en la última columna el coeficiente de fricción (miu) que salía de la siguiente formula.

Nk= m2-m1sen °

Cos°

Tabla Nº 1. Resultados madera – metal en

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