Rozamiento Friccion en Solidos
-
Upload
brayan-salazar-timoteo -
Category
Documents
-
view
240 -
download
0
Transcript of Rozamiento Friccion en Solidos
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
1/13
INTRODUCCIN:
En el laboratorio N 6 de fsica, donde comprobaremos y determinaremos elrozamiento. Friccin en slidos. Por ello, en el siguiente experimento serealizarn distintas experiencias con diferentes capas de rugosidad del cuerpoy obteniendo as diferentes coeficientes de rozamiento, con la cual al concluirdeterminaremos si Us > Uk. A continuacin, trataremos con ms detalle esteinteresante tema y as poder comprender mejor las variables que lo definencon ayuda de los montajes y los diagramas de cuerpo libre realizado sobreestos.
OBJETIVOS:
Determinar experimentalmente la relacin que existe entre la fuerza de
rozamiento y la fuerza normal.
Demostrar experimental que el coeficiente de rozamiento esttico es
mayor que el coeficiente de rozamiento cintico.
Calcular el coeficiente de rozamiento esttico mediante el ngulo crtico.
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
2/13
FUNDAMENTO TERICO
Fuerza de friccin o rozamiento
Siempre que un cuerpo se mueve estando en contacto con otro objeto,
existen fuerzas de friccin que se oponen al movimiento relativo. Estas
fuerzas se debe a que una superficie se adhiere contra la otra y a que
encajan entre s las irregularidades de las superficies de rozamiento
(Tippens,2011,p.79).
Fuerza de rozamiento Esttico
El rozamiento esttico es la fuerza de rozamiento que acta cuando an no
hay deslizamiento entre las dos superficies en contacto; es la fuerza que
evita que el bloque se deslice. La fuerza de rozamiento esttico, que se
opone a la fuerza aplicada sobre el bloque, puede variar desde cero hasta
cierto valor mximo (...) dependiendo de la fuerza ejercida. (...) Los
experimentos muestran que la fuerza esttico mximo es proporcional a la
fuerza normal ejercida por una superficie sobre otra (Tipler y
Mosca,2010,p.129).
Dnde:
: Fuerza esttico mximo
: Fuerza normal
: Coeficiente de rozamiento esttico
=
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
3/13
Fuerza de rozamiento Cintico
El tipo de friccin que acta cuando un cuerpo se desliza sobre una
superficie es la fuerza de friccin cintica(...) La magnitud de esta fuerza
suele aumentar al aumentar la fuerza normal. En muchos casos, la
magnitud de la fuerza de friccin cintica experimentalmente es
aproximadamente proporcional a la magnitud de la fuerza normal.
Dnde:
: Fuerza cintico
: Fuerza normal
: Coeficiente de rozamiento cintico:
Los verdaderos valores de y , dependen de la naturaleza de las dos
superficies en contacto.
=
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fricci%C3%B3n_01.svghttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fricci%C3%B3n_01.svg -
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
4/13
MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJOComputadora personal con programa Data Studio instalado
sensor de fuerza
Cuerpo a estudiar
Plano inclinado transportador
Lijas de diferentes calibres
Cuerda
Regla
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=Ghttp://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=Ghttp://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=Ghttp://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=Ghttp://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=Ghttp://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=Ghttp://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=irLGDMSLkMQZ8M&tbnid=tOJHIB6FnnhyPM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aritrans.cl/maquinarias.php&ei=qK96UuqZJcPVkQf90YHoCw&psig=AFQjCNF4eUA-SH-PlJe_SZG8AvJ7bsQXIw&ust=1383858414667488http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SRuLmlmvFf6P0M&tbnid=-sTRhTr-FlUG6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.altitudsport.com/altitudsport/de/cuerda-gemini-79-15513.asp?nombre=15513&cod=15513&sesion=1&ei=-K16UrPLI8vOkQf-x4DYCw&bvm=bv.55980276,d.eW0&psig=AFQjCNFQlIHLMeePD5MQJiBWDcuhwr2MJw&ust=1383858004616674http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://bp3.blogger.com/_txc5TwVATjo/SD82vj1ohHI/AAAAAAAAAF8/_Xu-ZgukAh8/s320/DS2.JPG&imgrefurl=http://gsnanime.blogspot.com/2008/05/data-studio.html&h=316&w=320&sz=25&hl=es&start=13&usg=__dMvLLWqnsrjK3WQC6A0VV79oZPI=&tbnid=GFcphz-_fP5zkM:&tbnh=117&tbnw=118&prev=/images?q=data+studio&gbv=2&hl=es&sa=G -
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
5/13
PROCEDIMIENTO
1. Encendemos la PC e instalamos el sensor de fuerza al interface
USB link.
2. Abrimos en software DATA STUDIO y lo configuramos para obtener
las grficas correctas. Donde la coordenada en el eje Y (fuerzatiro
positivo) y en el eje X (tiempo).
3. Luego preparamos el montaje.
Caso 1
Determinar el coeficiente de rozamiento esttico y cintico de cada
cara del cuerpo.
Antes de empezar las mediciones con la computadora se toma las
medidas del cuerpo como su masa.
En primer lugar, se tira de la cuerda con la superficie rugosa (lima) contra
la mesa.
En segundo lugar, y una vez que la grfica este arrojada se selecciona
una parte de ella donde se note la fuerza mxima, media y mnima.
En tercer lugar, se selecciona en el panel de seleccin punto mximo y
punto medio.
Por ltimo, una vez obtenido los datos de la grfica se procede a hallar el
coeficiente de rozamiento esttico y coeficiente rozamiento cintico.
De la misma forma se realiza con las tres caras faltantes del cuerpo.
Resultados obtenidos:
1).
=
=
=
Normal Masa Cara 1 Cara 2 Cara 3 Cara 4
Pto. mx. 1,00 1,10 1,10 1,00
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
6/13
Grfico de la fuerza de rozamiento estticomximo.
0,69 N 0,07 Kg
Pto. med. 0,5 0,4 0,6 0,3
s 1,44 1,59 1,59 1,44
k 0,72 0,57 0,86 0,43
Caso 2
Determinar el coeficiente de rozamiento esttico y cintico de cada cara
del cuerpo con diferentes masas cada una de ellas.
Antes de comenzar con las mediciones con la computadora se toma la masa
correspondiente del cuerpo que se va a agregar y a este se le suma la masa
del cuerpo que contiene las lijas.
Luego se tira de la cuerda el cuerpo con la masa agregado contra la mesa.
Posteriormente y una vez mostrada la grfica de fuerza vs tiempo, se
selecciona una parte de ella donde este la fuerza mxima, media y mnima.
Siguiendo con la prueba se escoge en el panel de seleccin con el fin de que
arroje el punto mximo y punto medio.
leyenda
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
7/13
Y para finalizar con una de las caras se procede a encontrar el coeficiente de
rozamiento esttico y el coeficiente de rozamiento cintico.
De la misma forma se realiza con el resto de caras a diferentes masas
faltantes.
2).
=
=
=
Cara 1 Cara 2 Cara 3 Cara 4
Masa
0,27 Kg 0,17 Kg 0,37 Kg 0,47 KgNormal 2,64 N 1,66 N 3,61 N 4,6 N
Pto. mx. 3,1 2,2 3,8 3,7
Pto. med. 1,8 1,2 2,4 2,5
s 1,17 1,32 1,05 0,8
k 0,68 0,72 0,66 0,54
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
8/13
Caso 3
Determinar el coeficiente de rozamiento esttico de cada cara del cuerpo
segn el ngulo de inclinacin.
En primer lugar se coloca el plano inclinado sobre la mesa.
En segundo lugar se coloca la cara del cuerpo sobre el plano inclinado.
En tercer lugar uno va levantando ligeramente el plano inclinado hasta lograr
que el cuerpo se deslice a travs de ella.
Mientras tanto cuando se logra que el objeto se deslice el otro integrante toma
el ngulo correspondiente para que suceda dicho deslizamiento.
Una vez encontrado el ngulo se procede a encontrar el coeficiente de
rozamiento esttico.
De la misma forma se realiza con el resto de caras faltantes.
3).
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
9/13
Cara 1 Cara 2 Cara 3 Cara 4
25 34 37 30
s 0,46 0,67 0,75 0,57
Tg () = pendiente = s
() =
=
=
=
=
=
CUESTIONARIO:
Segn el pro ceso determin acin de s mediante la determin acin del
ngu lo crt ico res ponda:
1) Haga el D.C.L. para el montaje. Cul es el valor terico de la
aceleracin en cada caso? Por qu?
Se tom a g sen() como valor terico de la aceleracin para cada caso,
porque esta se comporta de una manera distinta respecto al ngulo.
2) Existe alguna evidencia de error experimental? Sugiera las
posibles causas.
mg
mgsen
mgcos
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
10/13
Si existe ya que el coeficiente de rozamiento depende mucho de la
superficie donde se lleve a cabo el trabajo, es decir a ms lisa existir un
menor error porcentual.
Por ejemplo la rugosidad de la mesa que fue en el primer experimento
no es la misma rugosidad que la del plano inclinado del tercerexperimento, es decir para que exista meno error tanto el plano inclinado
como la mesa deberan ser del mismo material.
3) Si varia las cara del bloque en contacto Vara el coeficiente
friccin?
Si varia porque cada cara del bloque presenta una diferente rugosidad
(ms gruesa o con mayor nmero de dientes), respecto a la del plano
inclinado, por lo tanto el coeficiente de friccin tambin vara respecto a
este (rugosidad del material).
Segn el proceso determinacin de sy kco n el sensor de fuerza
responda:
1. El coeficiente de rozamiento esttico es siempre mayor que el
cintico? por qu?
En nuestro experimento ocurre en todos los casos, y cuando el valor dela friccin esttica es mximo, la friccin cintica es menor; ya que la
fuerza ejercida sobre un cuerpo en estado de reposo es mayor que la
que se aplica sobre el mismo en movimiento.
2. Puedes pensar algunas situaciones en donde la existencia del
rozamiento es beneficiosa e incluso necesaria.
Hay un sinnmero de razones por las cuales este fenmeno fsico es
importante, como por ejemplo:
Si no hubiera rozamiento una maquina no podra detenerse, de la misma
manera que si no hubiera rozamiento incluso no podramos ni escribir,
otra aplicacin se da en las fajas transportadoras de minerales o de los
supermercados, si no hubiera rozamiento nuestra vida sera un
constante peligro, por ejemplo para las mquinas excavadoras no habra
una superficie segura donde asentar su apoyos, etc.
3. Teniendo en cuenta la fuerza de rozamiento es mejor jalar o
empujar un cuerpo? Justifique su respuesta.
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
11/13
Es mejor jalar el objeto ya que de esa forma se generan diversos pulsos,
por lo tanto nos da una mejor grfica, establecindose claramente el
valor de la fuerza de rozamiento esttica y el valor de la fuerza de
rozamiento cintica
Segn el proc eso determ inacin des y k y la masa del mvi l responda:
1. Existe dependencia entre la masa del cuerpo y su coeficiente de
rozamiento? Justifique su respuesta.
Segn este procedimiento, el coeficiente de rozamiento no depende de
la masa, longitud del objeto o recorrido; no obstante, s depende de la
rugosidad tanto de la superficie como del mismo.
EVALUACIN DE RESULTADOS OBTENIDOS
Para el primer caso, el error que intervino en los valores
experimentales fue la cuerda, ya que no fue jalada paralelamentecon la mesa. Sin embargo, ese problema pudimos superarlo lo cual
se puede demostrar con los valores de coeficiente de rozamiento
esttico y cintico calculados 1,44 y 0,72.
En un principio para el desarrollo del tercer caso, no hubo precisinen la medida del ngulo, es por eso que los valores experimentalesestaban variando demasiado.
Para una mejor visualizacin o una mayor eficiencia en los datos
obtenidos la superficie para todos los experimentos debe de ser la
misma ya que el coeficiente de rozamiento depende de la rugosidad del
medio y del bloque.
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
12/13
CONCLUSIONES
Se verific tanto experimental como tericamente que la relacin queexiste entre la fuerza de rozamiento y la fuerza normal es directamente
proporcional, tanto para la fuerza de friccin esttica como para la
cintica, de acuerdo a las tres experiencias realizadas.
Se comprob experimentalmente que el coeficiente de rozamiento
esttico mximo es mayor que el coeficiente de rozamiento cintico y
que esta depende de que la fuerza de rozamiento esttica mxima sea
mayor a la cintica, de acuerdo al primer montaje.
Se logr demostrar que el coeficiente de rozamiento esttico el cual
equivale a la tangente del ngulo crtico, lo cual fue hallado mediante un
diagrama de cuerpo libre sobre el tercer montaje realizado en el
laboratorio.
-
8/10/2019 Rozamiento Friccion en Solidos
13/13