DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICO UNA PUNO Laboratorio de Física I

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICO

INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

PRACTICA: 03

I. TÍTULO DE LA PRÁCTICA: FUERZA DE FRICCIÓN

II. INTRODUCCIÓN

La fricción está presente en nuestras vidas todos los días y en algunos

casos es imprescindible para poder desarrollar determinadas acciones

como caminar, andar o frenar un vehículo, generar fuego, fabricar piezas

en un torno o en una fresadora, etc. pero es completamente improductiva

en los elementos de una máquina, los cuales podrían fallar

catastróficamente si no se lubricaran, y aunque esto se hiciera, si el

lubricante no es el adecuado, el mecanismo, dentro de un proceso más

lento también se dañaría finalmente.

En las relaciones diarias con otras personas, la fricción o el roce entre

diferentes temperamentos, como popularmente se le conoce, conlleva a

disgustos, enemistades y a otro tipo de problemas, porque no es posible

lograr muchas veces el acoplamiento de personalidades y por lo tanto se

presenta el rechazo. La fricción entre los seres humanos es necesario

reducirla, para vivir en un mundo cada vez mejor.

La fricción en los componentes de máquinas, conlleva a la transformación

de energía útil, aprovechable en trabajo productivo, en calor tanto para la

máquina como para el ambiente, con el subsecuente número de problemas

que las altas temperaturas de operación generan para los mecanismos

lubricados, para el aceite y para el ambiente, ya que aporta calor causante

del cambio climático.

Es muy importante el análisis ingenieril de los fenómenos de fricción en las

máquinas, para determinar si las causas que lo generan son mecánicas,

operacionales o de lubricación, con el objetivo de controlarlas y reducirlas

hasta llegar a eliminarlas algún día.

III. OBJETIVOS

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Determinar las características de los coeficientes de rozamiento dinámico y

estático.

Calcular el coeficiente de fricción estático y cinético para deslizamiento en

superficies arbitrarias (caso de la madera).

Verificar la relación entre el coeficiente de fricción y la fuerza de

rozamiento.

Realizar los cálculos cinéticos basando se en consideraciones dinámicas y

mecánicas par los materiales y accesorios empleados.

IV. FUNDAMENTO TEÓRICO

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 después de retirar la fuerza.

Además hay ocasiones en que el empujar el objeto este ni siquiera adquiere

una velocidad y se mantiene en reposo. Este se debe a que existe una

que se opone a que este continúe deslizándose. Esta fuerza se conoce

coma la fuerza de fricción o de rozamiento. La magnitud de esta fuerza de

rozamiento depende de muchos factores tales como la condición y

naturaleza de la superficie, y la velocidad relativa, etc. Se verifica

experimentalmente que la fuerza de fricción Fr tiene una magnitud

proporcional al de la fuerza normal N de la presión de un cuerpo sobre otro.

La constante de proporcionalidad se llama coeficiente de fricción y lo

designamos con la letra griega µ, la relación queda como.

… (1)

El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al

movimiento de acuerdo a la figura (1). Si la fuerza F es la fuerza aplicada.

Lo que mueve al móvil hacia la derecha será resultante R dad por la

ecuación (2)

N … (2)

mg

N

Movimiento

f=µN F

R

Figura (1)

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Figura (1): fuerza resultante R, actúa sobre el bloque ahora, dado la relación

entre la fuerza y la aceleración del móvil podemos rescribir la ecuación (3)

como:

… (3)

Dónde: m, masa del móvil; a, es la aceleración del móvil debida a la acción

de la fuerza F; F, es la fuerza aplicad; N, es el producto de la masa del móvil

y la aceleración gravitacional.

Diferenciando la fuerza de fricción estática y la fuerza cinética, es que la

primera evita que comience el movimiento y la segunda se opone a la

continuación del movimiento.

El objeto se mantiene en reposo cuando se aplica la fricción es estático; sin

embargo si la fuerza aplica es mayor que la fricción estático este se

empieza a mover y pasamos a la fricción cinético.

…(4)

Donde µs: coeficiente de fricción estático

…(5)

Donde µk: coeficiente de fricción cinético

La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de fricción f puede

representarse según el siguiente gráfico.

En general uk< us

Ffmax=usN Ffmax=usN

f=F

F

f

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Superficies en contacto s k

Cobre sobre acero 0.53 0.36

Acero sobre acero 0.74 0.57

Aluminio sobre acero 0.61 0.47

Caucho sobre concreto 1.0 0.8

Madera sobre madera 0.25-0.5 0.2

Madera encerada sobre nieve húmeda 0.14 0.1

Teflón sobre teflón 0.04 0.04

Articulaciones sinoviales en humanos 0.01 0.003

Fuente: Serway R. A.. Física. Editorial McGraw-Hill. (1992)

V. EQUIPOS Y MATERIALES

Computadora personal

Programa Data Studio instalado.

Interface Sciencience Workshop

Sensor de movimiento

Móvil PASCAR

Sensores de fuerza.

Set de masas

Balanza analógica

Regla de nivel

Accesorio de montaje de sensor de fuerza

VI. PROCIDIMENTO Y ACTIVIADES

Procedimiento para configuración de equipo y accesorios.

a) Verificar la conexión e instalación de interface.

b) Ingresar el software Data Studio y seleccionar la actividad crear

experimento.

c) Seleccionar sensor de movimiento y fuerza.

d) Efectuar la calibración

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e) Medir y anotar masa del cajón de fricción de la madera

f) Realizar el montaje del equipo

g) Generar un gráfico para dos de los parámetro

Actividades

a. Coloque el móvil a 15 cm del censor de movimiento.

b. En el porta pesos colocar un juego de masas.

c. De grafico generado por la calculadora verifique el valor de uky us

d. anote sus resultados en la tabla

e. repita la operación hasta 10 veces

Masa del conjunto del móvil

Masa del cajón de fricción (Kg) 300 g = 0,3 Kg

Masa adicional (Kg) 00.25 kg

Masa del sensor de fuerza (Kg) 0,339 kg

Total en (Kg) 0,889 kg

Normal (Kg) 8,7122

Calculo del coeficiente de fricción

Datos

registrados

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

us

uk

VII. CUESTIONARIO

1. ¿según usted a que se debe la deferencia entre uk y us, explique?

El rozamiento estático es el que existe cuando un cuerpo está en reposo, el

coeficiente de rozamiento estático es el punto o la tangente del Angulo critico

antes que el cuerpo entre en movimiento, el cinético es el presente cuando el

cuerpo está en movimiento. Siempre el estático es mayor al cinético, la razón es

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que se necesita menos fuerza para mantener el movimiento que producirlo,

porque en el segundo caso es necesario cambiar de estado el cuerpo.

2. ¿será necesario considerar la fricción del conjunto con el aire circulante? Si su

respuesta es afirmativa ¿porque?

si porque en aire tiene una resistencia aerodinámica

3. ¿de qué depende el coeficiente de fricción estático?

La fuerza de fricción estática (Fs) es una fuerza negativa e mayor que la fuerza

aplicada la cual no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo

estacionario. Se genera debido a la rugosidad microscópica de las dos

superficies, que interactúan y se entrelazan, y entre las cuales se generan

enlaces iónicos y microsoldaduras formadas por la humedad y el oxígeno del aire.

4. El coeficiente de fricción ¿será igual el mismo cuando se aplique el lubricante?

Tiene lugar cuando las superficies de fricción se mueven la una con respecto a la

otra completamente separadas por un tercer elemento que por lo regular es un

fluido.

La fuerza de fricción fluida cinética presenta las siguientes características:

• Para un mismo espesor de película lubricante, depende de si el lubricante

utilizado es mineral, sintético o vegetal.

• En el caso del aceite mineral se define como la resistencia que presentan al

corte las laminillas que constituyen la película lubricante, un valor típico es de

0,008.

• En el caso de los aceites sintéticos como la resistencia a la rodadura de las

esferas de igual diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico es

de 0,006.

• En el caso de los aceites vegetales como la resistencia a la rodadura de las

esferas de diferente diámetro que constituyen la película lubricante, un valor típico

es de 0,007.

5. ¿el coeficiente cinético varia con la velocidad?

La fuerza de fricción cinética (Fk ) es una fuerza negativa que se presenta cuando

un cuerpo se mueve con respecto a otro, se opone al movimiento y es de

magnitud constante.

6. ¿afecta el peso del bloque a los coeficientes de fricción?

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Si afecta porque a mayor peso habrá mayor fricción

7. El coeficiente de fricción ¿varía según a la temperatura del cuerpo?

Si varía el coeficiente de fricción

El incremento de la temperatura influye de manera opuesta en líquidos y gases

En los líquidos los hace menos viscosos en la relación

n =A. e(-bT)

Siendo A y b coeficientes, n la viscosidad, la viscosidad en los líquidos desciende

exponencialmente con el aumento de la temperatura

Para los gases la viscosidad aumenta en la función

n=A.Raiz ( T )

Esto es función de la raíz cuadrada de la temperatura

8. La fuerza de fricción, ¿depende de las interacciones entre moléculas de las

superficies?

Si hay interacción de las moléculas

9. Si el móvil empleado (con la superficie de corcho) se colocara sobre un plano

inclinado ¿Cuál debería de ser el Angulo de inclinación para el cual el cuerpo se

quedaría inmóvil?

10. Que es el coeficiente de viscosidad. Tiene relación con el coeficiente de fricción

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un

fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos

conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una

aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se

manifiesta en líquidos en movimiento.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

Guía de laboratorio física UNA-PUNO

Guía de laboratorio universidad nacional de Trujillo

Física universitaria SEAR Y ZEMANSKI