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Laboratorio de Física I
Laboratorio # 5Fuerzas de Rozamiento
Presentado Por:
Luís Gerardo Noy Domínguez
Sergio Ricardo Velandia Flórez
Martha Isabel García
Presentado A:
Ing. Victoriano Vargas Montaña
Universidad Industrial de Santander
Málaga
2006
INTRODUCCION
En principio todas las fuerzas son de la misma naturaleza, pero en la práctica se
distinguen por sus diferentes aplicaciones sobre el movimiento.
Siempre que la superficie de un cuerpo resbala sobre la de otro, cada cuerpo
ejerce una fuerza de fricción sobre el otro paralela a las superficies.
Estas fuerzas de fricción son las que intentan detener el movimiento entre los
cuerpos en contacto, o impiden que haya movimiento en los mismos.
OBJETIVOS
Determinar la forma como interactúan los cuerpos sobre una superficie
colocando a prueba diferentes tipos de objetos con diferentes clases de
texturas.
Analizar las diferentes fuerzas de rozamiento que son puestas a prueba
para distintas superficies en contacto.
Conocer la diferencia que hay entre Rozamiento Estático y Rozamiento
Cinético.
Determinar los errores a los datos obtenidos en la experiencia de
laboratorio.
MATERIALES
Plataforma dinámica.
Bloques con diversas clases de materiales.
Foto puertas.
Indicador de ángulos.
Regla graduada.
Balanza.
MARCO REFERENCIAL
MARCO TEÓRICO
FUERZA
Es cualquier acción o influencia que modifica el estado de reposo o de movimiento
de un objeto. La fuerza que actúa sobre un objeto de masa m es igual a la
variación del momento lineal (o cantidad de movimiento) de dicho objeto respecto
del tiempo. Si se considera la masa constante, para una fuerza también constante
aplicada a un objeto, su masa y la aceleración producida por la fuerza son
inversamente proporcionales. Por tanto, si una fuerza igual actúa sobre dos
objetos de diferente masa, el objeto con mayor masa resultará menos acelerado.
Las fuerzas se miden por los efectos que producen, es decir, a partir de las
deformaciones o cambios de movimiento que producen sobre los objetos. Un
dinamómetro es un muelle o resorte graduado para distintas fuerzas, cuyo módulo
viene indicado en una escala. En el Sistema Internacional de unidades, la fuerza
se mide en newtons: 1 newton (N) es la fuerza que proporciona a un objeto de
1 kg de masa una aceleración de 1 m/s2.
PLANO INCLINADO
Plano que forma un cierto ángulo con otro plano horizontal; este dispositivo
modifica las fuerzas y se puede considerar como una máquina. También se
conoce con el nombre de rampa o pendiente.
Una de las formas más sencillas de hacer subir un objeto, por ejemplo un bloque,
es arrastrarlo por un plano inclinado. La fuerza que se necesita para arrastrar el
bloque a lo largo de un plano inclinado perfectamente liso, es decir, en el que no
actúan fuerzas de rozamiento, es menor que el peso del bloque. Por eso se dice
que el plano inclinado ofrece una ventaja mecánica, pues aumenta el efecto de la
fuerza que se aplica. Sin embargo, el bloque debe ser arrastrado a lo largo de una
distancia mayor para conseguir la misma elevación, ya que la fuerza que es
necesario ejercer para ascender el bloque por el plano inclinado es tanto menor
cuanto mayor es la longitud del mismo.
El plano inclinado aparece de muchas formas, una de ellas es en forma de cuña.
Con una cuña se puede elevar lentamente un objeto o rajar un tronco de madera
ya que crea una fuerza mayor en ángulo recto que la fuerza que se aplica cada
vez que se golpea la cuña. Un hacha es una cuña afilada sujeta a un mango; la
cabeza del hacha utiliza una pequeña fuerza, el golpe del hacha, para producir
una fuerza mayor que corta cuando el filo del hacha penetra separando la madera,
u otro material, en dos superficies.
ROZAMIENTO
Resistencia al deslizamiento, rodadura o flujo de un cuerpo en relación a otro con
el que está en contacto.
En todos los sólidos, las moléculas presentan rozamiento interno. Esta forma de
rozamiento es la fuerza que hace que cualquier objeto oscilante, como una cuerda
de piano o un diapasón, deje de vibrar. El rozamiento interno en los líquidos y
gases se denomina viscosidad.
El rozamiento externo puede ser de dos clases: de deslizamiento o de rodadura.
En el rozamiento de deslizamiento, la resistencia es causada por la interferencia
de irregularidades en las superficies de ambos cuerpos. En el rozamiento de
rodadura, la resistencia es provocada por la interferencia de pequeñas
deformaciones o hendiduras formadas al rodar una superficie sobre otra. En
ambas formas de rozamiento, la atracción molecular entre las dos superficies
produce cierta resistencia. En los dos casos, la fuerza de rozamiento es
directamente proporcional a la fuerza que comprime un objeto contra el otro. El
rozamiento entre dos superficies se mide por el coeficiente de fricción, que es el
cociente entre la fuerza necesaria para mover dos superficies en contacto mutuo y
la fuerza que presiona una superficie contra otra. Si un cuerpo de masa 25 kg está
situado sobre una superficie plana y hace falta una fuerza equivalente al peso de
una masa de 5 kg para moverla sobre la superficie, el coeficiente de rozamiento
entre el cuerpo y la superficie es de 5 dividido entre 25, es decir, 0,2. El coeficiente
de rozamiento entre dos superficies metálicas bien engrasadas varía
aproximadamente entre 0,01 y 0,05, y entre un rodamiento esférico y el aro en el
que gira es de alrededor de 0,002. El rozamiento entre dos objetos es máximo
justo antes de empezar a moverse uno respecto a otro, y es menor cuando están
en movimiento. El valor máximo del rozamiento se denomina rozamiento estático o
rozamiento en reposo, y el valor del rozamiento entre objetos que se mueven se
llama rozamiento cinético o rozamiento en movimiento. El deslizamiento de dos
cuerpos en contacto es discontinuo y puede considerarse que el rozamiento
cinético está producido por una serie de episodios de rozamiento estático.
El ángulo de rozamiento es el ángulo que hay que inclinar una superficie para que
un objeto situado sobre ella comience a deslizarse hacia abajo. Este ángulo mide
la eficacia de la fuerza de rozamiento para oponerse a la fuerza de la gravedad,
que tiende a deslizar el objeto.
ACELERACIÓN
Es la aceleración lineal, y es la variación de la velocidad de un objeto por unidad
de tiempo. La velocidad se define como vector, es decir, tiene módulo (magnitud),
dirección y sentido. De ello se deduce que un objeto se acelera si cambia su
celeridad (la magnitud de la velocidad), su dirección de movimiento, o ambas
cosas. Si se suelta un objeto y se deja caer libremente, resulta acelerado hacia
abajo. Si se ata un objeto a una cuerda y se le hace girar en círculo por encima de
la cabeza con celeridad constante, el objeto también experimenta una aceleración
uniforme; en este caso, la aceleración tiene la misma dirección que la cuerda y
está dirigida hacia la mano de la persona.
MONTAJE
Sobre el plano inclinado, colóquese un bloque, este se deslizara variando el
ángulo hasta romper la posición de equilibrio, hasta que el movimiento sea
“inminente”. Repetir la operación diez veces y promediar el ángulo obtenido.
Mídase la distancia X que recorre ma y el tiempo que demora en recorrerla. Cada
tiempo debe medirse por lo menos 10 veces y promediarse.
Realice la operación anterior para dos tipos de superficies.
ANÁLISIS DE DATOS
CUADRO DE DATOS
ANGULO DE FRICCION ESTATICO qS Ma = ms
Med.1
Med 2
Med.3 Med.4
Med.5 Med.6 Med.7 Med.8
Med.9
Med.10 PROM
1 qS 17º 17º 17º 17º 18º 17º 17º 17º 17º 17º 17.1°
0.307
2 qS 20º 20º 19º 19º 19º 19º 19º 19º 19º 19º 19.2°
0.348
3 qS 14° 14° 15° 16° 15° 15° 14° 14° 15° 14° 14.6°
0.260
1. Paño negro2. Plástico3. Madera
Experimento No 1 ángulo de fricción estático: paño negro
ms = tan 17.1 ms = 0.307
N Di Di2
1 -0.1 0.012 -0.1 0.013 -0.1 0.014 -0.1 0.015 0.9 0.816 -0.1 0.017 -0.1 0.018 -0.1 0.019 -0.1 0.0110 -0.1 0.01
di2 0.9
Desviación estándar = 0.9 = 0.3 10
CV = Desviación estándar * 100 = 1.7% Promedio del ángulo
Experimento No 1 caso dinámico: mk Paño negro.
ANGULO DE FRICCION CINETICO qK
S = 55cm qK = 21º
T1 = 0.9617
Tprom=0.98874
mk = 0.2322
T2 = 0.9835T3 = 1.0156T4 = 0.9943T5 = 0.9629T6 = 0.9812T7 = 1.0012T8 = 1.0080T9 = 0.9879T10 = 0.9911
mk = g sen q k- 2S/t 2 g cos qk
mk = (9.81m/s 2 ) (sen 21°) – 2(0.55m)/(0.98874) 2 (9.81m/s2) (Cos 21°)
mk = 0.2322
N Di Di2
1 -0.027 7.29*10-4
2 -5.4*10-3 2.9*10-5
3 0.026 6.7*10-4
4 5.5*10-3 3.02*10-5
5 -0.025 6.25*10-4
6 -7.5*10-3 5.62*10-5
7 0.02 4*10-4
8 0.019 3.61*10-4
9 -8.4*10-4 7.05*10-7
10 2.3*10-3 5.29*10-6
di2 2.906*10-6
Desviación estándar = 2.906*10-6 = 0.017 10
CV = Desviación estándar * 100 = 1.72% Tiempo promedio
Experimento No 2 caso dinámico: mk Plástico
ANGULO DE FRICCION CINETICO qK
S = 60cm qK = 23°
T1 = 0.7481
Tprom
=0.77596 mk = 0.2918
T2 = 0.7624T3 = 0.7603T4 = 0.7871T5 = 0.7610T6 = 0.7941T7 = 0.7879T8 = 0.7994T9 = 0.7808T10 = 0.7785
mk = g sen q k- 2S/t 2 g cos qk
mk = (9.81m/s 2 ) (sen 23°) – 2(0.6m)/(0.77596) 2 (9.81m/s2) (Cos 23°)
mk = 0.2918
N Di Di2
1 -0.027 7.29*10-4
2 -0.013 1.69*10-4
3 -0.015 2.25*10-4
4 0.011 1.21*10-4
5 -0.014 1.96*10-4
6 0.018 3.24*10-4
7 0.011 1.21*10-4
8 0.023 5.29*10-4
9 4.84*10-3 2.34*10-5
10 2.54*10-3 6.45*10-6
di2 2.443*10-3
Desviación estándar = 2.443*10 -3 = 0.015 10
CV = Desviación estándar * 100 = 2.01% Tiempo promedio
Experimento No 3 caso dinámico: mk Madera
ANGULO DE FRICCION CINETICO qK
S = 70cm qK = 18°
T1 = 1.1695
Tprom= 1.18443
mk = 0.1034
T2 = 1.1650T3 = 1.1708T4 = 1.1840T5 = 1.1890T6 = 1.1970T7 = 1.2030T8 = 1.2103T9 = 1.1742T10 = 1.1815
mk = g sen q k- 2S/t 2 g cos qk
mk = (9.81m/s 2 ) (sen 18°) – 2(0.7m)/(1.18443) 2 (9.81m/s2) (Cos 18°)
mk = 0.1034
N Di Di2
1 -0.014 1.96*10-4
2 -0.019 3.61*10-4
3 -0.013 1.69*10-4
4 -4.3*10-4 1.84*10-7
5 -4.57*10-3 2.02*10-5
6 0.012 1.44*10-4
7 0.018 3.24*10-4
8 0.025 6.25*10-4
9 -0.010 1*10-4
10 -2.93*10-3 8.5*10-6
di2 1.32*10-3
Desviación estándar = 1.32*10-3 = 0.011 10
CV = Desviación estándar * 100 = 0.97% Tiempo promedio
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS:
1. ¿El coeficiente de rozamiento depende del tamaño? ¿De las superficies de
contacto? ¿Por que?
Rta: Del tamaño del objeto no depende en sí el coeficiente de rozamiento,
depende únicamente del tipo de elaboración del material ya que este puede
poseer una base lisa o rugosa.
Teniendo en cuenta las superficies de contacto se analizó que si dicha superficie
se encuentra previamente limpia de suciedades y posee una base lisa el
coeficiente de rozamiento va a ser menor.
Cuando el objeto es colocado sobre la superficie de contacto, miramos el objeto, si
posee rugosidades estas van a ejercer contacto sobre la superficie generando que
el objeto necesite movimiento chocando su base sobre la superficie generando
rozamiento.
2. Como es la relación entre el componente mgsen qs y fs los diferentes
ángulos hasta que el movimiento es inminente.
Rta: Fx Fs – Wsen q (1)
Fy N – Wcos q (2)
N Wcos q
Fx Fs – Wsen q
msN – Wsen q
Reemplazando
ms (Wcos q)- Wsen q 0
ms Wsen q mg sen q
Wcos q mg cos q
ms tan q
3. ¿Cual coeficiente de fricción es mayor, el cinético o el estático? ¿Porque?
Analice su respuesta.
Rta: El coeficiente de rozamiento estático me, es el coeficiente entre la fuerza de
rozamiento estático apreciado en el momento de iniciarse el movimiento con la
superficie y la normal.
me, FR
N
El coeficiente mk es el coeficiente entre la fuerza de rozamiento apreciado durante
el movimiento y la normal.
mk FRk
N
El coeficiente cinético es menor ya que necesita una mínima velocidad constante
en relación al movimiento o rozamiento estático.
4. Formule una o varias preguntas y respóndalas
¿Qué es la fuerza de rozamiento ó de fricción?
Rta: Es fuerza que se genera cuando hay dos cuerpos en contacto, por ejemplo al
patinar o deslizarse sobre el hielo esta presente algún rozamiento aunque sea
relativamente pequeño, sin embargo es muy difícil resbalarse sobre la acera ya
que el rozamiento que esta presente es muy grande.
El rozamiento existe entre todas las superficies en movimiento y el aire que los
rodea.
¿Cómo se divide el rozamiento?
Rta: Se divide en:
Rozamiento por deslizamiento: Es cuando se ponen en contacto dos cuerpos
sólidos y uno se desliza sobre otro, es directamente proporcional a la fuerza que
comprime las superficies entre si.
Rozamiento por rodadura: Es cuando uno de los cuerpos rueda sobre el otro,
el coeficiente de fricción es mucha más pequeño que el de un deslizamiento, éste
ahorra energía.
Rozamiento por viscosidad: También llamada fricción interna se realiza entre
la variedad de fluidos existentes, es cuando un cuerpo se mueve más fácil mente
con ayuda de un líquido, por ejemplo el amortiguador de un carro funciona de una
manera excelente ya que puede moverse sin generar fricción sobre las paredes
pero se puede generar un desgaste sobre el cuerpo.
CONCLUSIONES
Se analizó como actúan los cuerpos con diferentes texturas sobre una
superficie de deslizamiento caracterizando cada una de las fuerzas de
rozamiento que se generan durante el experimento.
Al análisis de resultados con los datos obtenidos a cada uno se le cálculo el
error ya que se debía tener un punto de vista para corregir donde se generaba
el error para próximos laboratorios.
Se realizó una breve diferencia entre el rozamiento estático y el rozamiento
cinético y se analizó cuales de los rozamientos es menor y su por qué.
Se investigó todo acerca de las clases de rozamiento y sus definiciones y
como actúan cada una de ellas sobre los cuerpos.
