UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD: INGENIERA MECNICA ELCTRICA, ELECTRNICA Y SISTEMASESCUELA PROFESIONAL: INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

TEMA:

FUERZASDE FRICCIN

ASIGNATURA:

LABORATORIO DE FSICA I

DOCENTE:

Lic. Condori Mamani, Jorge

PRESENTADO POR:

Flores Aacata, Rodrigo Leonel

PUNO PER

2015

FUERZAS DE FRICCINI. OBJETIVOS: Calcular el coeficiente de friccin esttico y cintico para deslizamiento en superficies arbitraria. Realizar clculos dinmicos basndose en consideraciones dinmicas y mecnicas para los materiales y accesorios empleadosII. FUNDAMENTO TEORICO:

Cada vez que empujamos o jalamos un cuerpo que descansa en una superficie perfectamente horizontal con una fuerza, se logra impartir una cierta velocidad, este se detiene poco tiempo despus de retirar la fuerza. Esto se debe a que existe una fuerza que se opone a que esta continuara deslizndose. Esta fuerza se conoce como la fuerza de friccin o de rozamiento. La magnitud de esta fuerza opuesta al movimiento depende de muchos factores tales como la condicin y naturaleza de las superficies, la velocidad relativa, etc. Se verifica experimentalmente que la fuerza de friccin f, tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal N de presin de un cuerpo sobre otro. La constante de proporcionalidad es llamada coeficiente de friccin y lo designamos con la letra griega , la relacin queda como:

El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento de acuerdo a la figura (1). Si el movimiento fuera hacia la derecha, lo que mueve al mvil ser la fuerza resultante R dada por la ecuacin (2):

(2)

Figura (1): Fuerza resultante R actuando sobre el bloque

ANALISIS EXPERIMENTAL:Cuando se aplica una fuerza a un objeto que descansa sobre una superficie, que no se mueva hasta que la fuerza que se le aplique es mayor que la fuerza mxima debido a la fuerza esttica. El coeficiente con friccin esttica (es simplemente la relacin entre la fuerza de friccin esttica mxima (Fs) y la fuerza normal (FN):

(3)

Para mantener el objeto en movimiento a una velocidad constante, una fuerza se debe aplicar al objeto igual a la fuerza de friccin cintica. Por lo tanto, el coeficiente de friccin cintica es la relacin entre la fuerza de friccin cintica y la fuerza normal:

(4)

Ahora, si el grafico o el sistema tienen una configuracin inclinada, donde la masa 1 est unida al sensor de fuerza ubicada encima del carril tiene un moviente ascendente, tal como se muestra en la figura (2):

Figura (2): Configuracin experimental con pendiente

Las ecuaciones que rigieran el movimiento sern:

(5)

Dnde: m. masa del mvil

, aceleracin del mvil debida a la accin de la fuerza f. N, es el producto de la Masa del mvil y la aceleracin gravitacional.

Para lo que debieran encontrarse las ecuaciones que permitan determinar los coeficientes de rozamiento esttico y cintico.

Cuadro N 01: valores de coeficientes de rugosidad para diferente superficie

SUPERFICIE Coeficiente de friccin Coeficiente de friccin Coeficiente Cintico Madera sobre madera 0.4 0.2Hielo sobre hielo 0.1 0.03Metal sobre metal (lubricado) 0.15 0.07Articulaciones humanos 0.01 0.01Corchosobrealuminioseco 0.4 0.3Plasticosobrealuminioseco 0.2 0.1

Cuadro (1): Coeficientes de friccin

III. EQUIPOS Y MATERIALES. Computadita personal Software Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Sensor de Movimiento (CI-6742) Sensor de Fuerza (CI-6537) Accesorios de friccin ME-8575 Set de masas variables o bloques adicionales Carril, tope y polea, cuerda o hilo negro Balanza analgica

IV. PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADESa. Verificar la conexin e instalacin de la interface e instalar el sensor de movimiento y fuerza como corresponde.b. Armen el experimento de acuerdo a la figura 2.Toma de datos:

Tabla (1): Masa del conjunto Mvil (masa 1 fig. 2)

MATERIALSensor y corcho Sensor y plsticoMasa del cajn friccin (kg)Masa adicional (kg) (posicin1, fig. (2))Masa del sensor Fuerza (kg)Masa total = 423g 422g

Tabla (2): Datos de plano inclinado. Material: plstico y aluminio seco

Eventos1234Aceleracin Tensin cintica Tensin esttica Masa 2 (Fig. (2)) Angulo de Inclinacin

Tabla (3): Datos de plano inclinado. Material: corcho y aluminio seco

Eventos1234 Aceleracin Tensin cintica Tensin esttica Masa 2 (Fig. (2)) Angulo de Inclinacin

V. CUESTIONARIO.1. Obtenga la ecuacin del coeficiente de rugosidad esttico y cintica del sistema.

(1) COEFICIENTE DE ROZAMIENTO

COEFICIENTE DE ROZAMIENTO ESTATICO

Dado que el objeto esta en reposo, a partir del diagrama de fuerzas y utilizando las leyes de Newton se encuentran las siguientes ecuaciones:

(2)

(3)

Sustituyendo la ecuacin (1) en la ecuacin (3) se obtiene:

(4)

Sustituyendo la ecuacin (2) en la ecuacin (4) se obtiene:

(5)

El coeficiente de rozamiento esttico es igual a la tangente del ngulo del plano inclinado, en el que el cuerpo se mantiene en equilibrio sin deslizar; ello permite calcular los distintos coeficientes de rozamiento esttico, simplemente colocando un cuerpo sobre un plano inclinado y aumentando el ngulo de inclinacin progresivamente hasta observar el momento en el que el cuerpo comienza a deslizarse, la tangente de este ngulo es el coeficiente de rozamiento. Del mismo modo conocido el coeficiente de rozamiento entre dos materiales podemos saber el ngulo mximo de inclinacin que puede soportar sin deslizar

COEFICIENTE DE ROZAMIENTO CINETICA

Dado que el objeto est en movimiento, a partir del diagrama de fuerzas y utilizando las leyes de Newton se encuentran las siguientes ecuaciones:

(6)

(7)

Sustituyendo la ecuacin (1) en la ecuacin (7) se obtiene:

(8)

Sustituyendo la ecuacin (6) en la ecuacin (8) se obtiene:

Es decir, la fuerza aplicada (F) a un cuerpo es igual a la fuerza de rozamiento cintico () ms la fuerza de inercia (ma) que el cuerpo opone a ser acelerado.

Tambin se puede deducir que:

(9)

El coeficiente de rozamiento cintico () es igual al cociente de la resta de la fuerza aplicada (F) y la fuerza de inercia (ma) entre el peso del cuerpo.

2. Determine los coeficientes con la ecuacin de la pregunta anterior y los datos evaluados en las tablas 1,2 y 3(para cada evento y material)

Eventos12345678

s0.30790.31600.32410.33220.34040.34850.35660.3647

k0.29460.30260.29710.29150.29930.29340.30120.2950

3. Obtenga el promedio aritmtico de los resultados de coeficiente de rozamiento encontrados en la pregunta anterior, para ello resuma sus respuestas empleando el siguiente modelo

MATERIAL 1MATERIAL 2

COEFICIENTE DE FRICCIONsksk

VALOR0.2680.178 0.4210.361

4. Determine el error relativo porcentual con los resultados obtenidos de la pregunta anterior y el valor terico equivalente del cuadro N0 01

COEFICIENTEMATERIAL 1 MATERIAL 2

Error relativo porcentual6,8%7,8%2,1%6,1%

5. Calcule la tensin cintica y esttica con los datos correspondientes para el esquema de la figura (2) para cada material

MATERIAL 2MATERIAL 1

Tensin cintica1.460.971.100.920.010.090.200.19

Tensin esttica1.102.191.693.040.220.400.501.07

6. Determine el error relativo porcentual de las tensione cinticas y estticas empleando los resultados tericos de tensin de la pregunta 5 y los experimentales anotados en las preguntas 4 y 6?MATERIAL 2 MATERIAL 1

Tensin cinticasTensin estticas

Error relativo porcentual4%7%-5%-3%0%-3%-2%-1%

7. Cul de las actividades realizadas, te parece ms correcta, segn los resultados de error hallados en las preguntas 4 y6 anteriores?La actividad con el material 2 es la ms acertada segn los resultados hallados8. Segn usted a que se debe la diferencia entre tensiones cinticas y estticas determinadas de modo experimental y tericamente? Explique.El rozamiento esttico es el que existe cuando un cuerpo est en reposo, el coeficiente de rozamiento esttico es el punto o la tangente del ngulo critico antes de que el cuerpo entre en movimiento, el cintico es el presente cuando el cuerpo est en movimiento. Siempre el esttico es mayor al cintico, la razn es que se necesita menos fuerza para mantener el movimiento que producirlo9. Por qu el coeficiente de rozamiento cintico es menor o igual que el coeficiente de rozamiento esttico? Justifique microscpicamente analizando los parmetros que influyen.Necesitas aplicar mayor fuerza en un cuerpo para iniciar su movimiento porque al estar en reposo puede a ver como enlaces entre ambas superficies, en cambio cuando est en movimiento no, es decir es mayor la friccin esttica en un cuerpo.10. A que se denomina coeficiente re rozamiento seco?Mientras un cuerpo se mueve ya sea a travs de una superficie o a travs de un medio viscoso, como el aire o el agua, hay una resistencia al movimiento debido a que el cuerpo interacta con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de friccin.

Para comprender mejor la forma que actan las fuerzas de friccin se tienen las siguientes leyes de friccin empricas:

La direccin de la fuerza de friccin esttica entre cualesquiera dos superficies en contacto se oponen a la direccin de cualquier fuerza aplicada y puede tener valores:

fe = men

donde la constante adimensional me recibe el nombre de coeficiente de friccin esttica, y n es la magnitud de la fuerza normal. En donde la fuerza de friccin esttica es mxima, es decir fe = fe,mx. = men. La desigualdad se cumple cuando la fuerza aplicada es menor que este valor.

La direccin de la fuerza de friccin cintica que acta sobre un objeto es opuesta a la direccin de su movimiento y est dado por:

Fc = mcn

donde mc es el coeficiente de friccin cintica.

Los valores de mc y me dependen de la naturaleza de las superficies, aunque mc es, por lo general, menor que me. Los valores caractersticos de m varan de casi 0.05 hasta 1.5.VI. CONCLUSIONES

En conclusin en esta prctica observamos el cambio constante de la velocidad en un tiempo determinado por el peso de las pesas. La fuerza de friccin es una fuerza negativa que est presente en los movimientos que tienen velocidad. La fuerza de friccin tiene una magnitud proporcional a la fuerza normal N de presin de un cuerpo sobre otro.

VII. BIBLIOGRAFIA Ficha de prctica de Laboratorio de Fsica. FISICA SERWAY BEICHNER Fsica, curso elemental: mecnica Alonso Marcelo Dinmica ll para ingeniera y sus aplicaciones David J. MacGill & Wilton King