EXPERIENCIA NO. 4FUERZA DE FRICCION(4 de Noviembre del 2014)

Nelson Escudero, Jos Cabrera, Kevin lvarez, Libardo Ortiz y Juan Charris. Universidad del Atlntico - Barranquilla, Atlntico.

RESUMEN

En esta experiencia se midi la fuerza de friccin que hay entre dos superficies halando un bloque de madera atado a un dinammetro sobre una superficie plana de madera. Igualmente se aprendi a distinguir entre el rozamiento esttico y dinmico.

FUNDAMENTOS TERICOS.

Se ver que la fuerza de friccin o de rozamiento es la oposicin que presentan las dos zonas de los materiales en contacto durante el inicio, desarrollo y final del movimiento relativo entre ellas, es decir esta fuerza es contraria al movimiento. En dos superficies solidasla fuerza de rozamiento tiene direccin paralela a la superficie de apoyo, dicha fuerza de rozamiento se calcula mediante la siguiente ecuacin:

Donde es el coeficiente de rozamiento, el cual depende exclusivamente de la naturaleza de los cuerpos en contacto, as como del estado en que se encuentren sus superficies y N es la fuerza normal la cual se presenta cuando un cuerpo est apoyado sobre una superficie, cuando esto sucede el cuerpo ejerce una fuerza sobre la superficie cuya direccin es perpendicular a ella, dicha fuerza de reaccion al peso, eso quiere decir que la fuerza normal tiene la misma magnitud que el peso pero esta es de sentido contrario respecto al peso, la normal se presenta nicamente cuando hay dos o ms superficies en contacto. Cuando se trata de empujar un cuerpo que est en reposo sobre una superficie la fuerza mxima que hay que imprimir para vencer el estado de reposo y colocarlo en movimiento dicha fuerza mxima es denominada fuerza de rozamiento esttica; una vez que el cuerpo empieza a moverse con una velocidad constante la fuerza para mantener ese movimiento es conocida como fuerza de rozamiento cintica o dinmica. Ambas fuerzas de friccin tienen un coeficiente de rozamiento el cual est determinado dependiendo de las superficies en contacto, el coeficiente de rozamiento esttico es mayor que el coeficiente de rozamiento dinmico o cintico as:

MATERIAL UTILIZADO

Se analiza cada uno de los implementos para realizar la experiencia, tales como el bloque de madera, las tres pesas de 50 gr, y el dinammetro.

PROCEDIMIENTO

Inicialmente se realizaron ciertas sugerencias para realizar de forma idnea la experiencia, luego se hall la masa del bloque de madera con ayuda de una balanza (dicha indicacin fue de 100 gr), despus se enganch el bloque de madera a la parte lateral del dinammetro, posteriormente se hal suavemente y de forma horizontal el dinammetro hasta que el bloque empez a moverse con el fin de hallar la fuerza de friccin esttica entre la superficie de madera y el bloque (esta tarea se realiz por cada uno de los integrantes del grupo), inmediatamente se realizaron las respectivas anotaciones, seguidamente se agreg una de las pesa al bloque de madera sujeto al dinammetro y se realiz el mismo procedimiento que con el bloque de madera solo hasta agregarle al bloque de madera las tres pesas, de igual forma se hicieron las anotaciones pertinentes.Prontamente se hal el dinammetro con el bloque de madera enganchado a l nuevamente pero esta vez hasta que este adquiri una velocidad constante (dicho proceso se hizo por cada uno de los integrantes del grupo) el valor registrado por el dinammetro es la fuerza de rozamiento dinmica o cintica, se tomaron las anotaciones necesarias, luego al igual que la parte anterior de la experiencia se agreg una de las pesa al bloque de madera sujeto al dinammetro, inmediatamente se hal el dinammetro hasta que el bloque de madera tuvo una velocidad constante, luego se tomaron las anotaciones pertinentes (el mismo proceso se realiz con las dos pesas faltantes).

RESULTADOS

MasaFuerza de rozamiento esttico ()gr-

(gr-)

12345

100 gr302828282928,6

150 gr403842424341,0

200 gr606059605859,4

250 gr807678787978,2

Hallando el peso, el cual tiene la misma magnitud que la fuerza normal pero realizando un diagrama de cuerpo libre se tiene que el peso es negativo y la normal es positiva, y convirtiendo la media aritmtica de la fuerza de rozamiento esttico de (gr-) a N tenemos que:

Normal () ()

0,98 N0.28047 N0,28

1,47 N0.402073 N0,27

1,96 N0.582515 N0,29

2,45 N0.76688 N0,31

MasaFuerza de rozamiento cintico gr-

12345

100 gr201818201718,6

150 gr282827252827,2

200 gr424244424342,6

250 gr605660575858,2

De igual forma se convirti el promedio de la fuerza de friccin cintica de (gr-) a N para hacer la relacin de este con la normal y tenemos que:

Normal () ()

0,98 N0.182404 N0,19

1,47 N0.266741 N0,18

1,96 N0.417763 N0,21

2,45 N0.570747 N0,23

Segn el libro de fsica para ciencias e ingeniera Serway, el coeficiente de friccin esttica y cintica cuando las superficies en contacto son de madera son de 0,3 y 0,2 respectivamente, con ayuda de esto podremos calcular el porcentaje de error as:

Coeficiente de rozamiento esttico:

Coeficiente de rozamiento cintico:

DISCUSIN

Segn los resultados obtenidos nuestro grupo dijo que de la relacin entre la fuerza de rozamiento y la fuerza normal se obtiene una constante conocida como coeficiente de rozamiento, el cual no posee unidades. De las grficas obtenidas podramos inferir que la fuerza normal y la fuerza de rozamiento esttico y cintico se relacionan de forma directa proporcionalmente, esto de igual forma se puede predecir despejando la frmula de fuerza de rozamiento as:

Segn se afirm que es una constante y que dicha frmula de rozamiento describe a la frmula de una lnea recta de la forma , igualmente se dijo que las desviaciones en las pendientes de ambas rectas obtenidas en las grficas se debe a los errores realizados a la hora de hacer las mediciones.

DESARROLLO DE PREGUNTAS

1- Qu informacin le da la grfica 1?

Respuesta: La grafica 1 nos dice que la fuerza de rozamiento y la normal se relacionan de forma directa proporcionalmente, ya que dicha grafica describe una lnea recta, ya que si la normal aumenta la fuerza de rozamiento esttico tambin lo hace.

2- Qu informacin le da la grfica 2?

Respuesta: La grafica 2 nos dice que la fuerza de rozamiento y la normal se relacionan de forma directa proporcionalmente al igual que la grfica 1.

3- Qu representa la pendiente en cada uno de estos grafico?

Respuesta: La pendiente de ambas rectas representa la razn de cambio de la fuerza de rozamiento con respecto a la normal, de igual forma la tangente del ngulo formado por el eje x y la recta es el coeficiente de rozamiento esttico en la grfica 1 y cintico en la grfica 2, extendiendo un poco ms la recta podramos decir que la grfica 1 posee un ngulo de inclinacin mayor que el de la grfica 2.

4- Depende la fuerza de friccin del rea en contacto?

Respuesta: La fuerza de rozamiento o de friccin no depende del rea en contacto, ya que si observamos a nivel microscpico el rea real en contacto del bloque de madera y la superficie es menor que el rea de la cara apoyada.

CONCLUSIONES

Se llega a la conclusin de que la fuerza de rozamiento es la oposicin que presentan las dos zonas de los materiales en contacto durante el inicio, desarrollo y final del movimiento relativo entre ellas, es decir esta fuerza es contraria al movimiento, igualmente que dicha fuerza es de direccin paralela a la superficie de apoyo, tambin que dicha fuerza de rozamiento o de friccin se calcula mediante el producto de y de la fuerza normal (N), donde es una constante conocida como coeficiente de rozamiento del cual hay dos tipos el coeficiente de rozamiento esttico y el cintico, donde el esttico es mayor en magnitud que el cintico, dicha magnitud vara dependiendo de las superficies que estn en contacto y la normal que es una fuerza que posee la misma magnitud que el peso pero en sentido opuesto, de igual forma se concluye que la fuerza de rozamiento es importante en muchos aspectos de la vida cotidiana, ya que sin esta los clavos en nuestras paredes se saldran, el hockey sobre hielo sera imposible de realizar, los carros no frenaran cuando se accionaran los frenos, entre otras.

BIBLIOGRAFIA

1) Captulo I Mecnica En: Fsica universitaria Sears Semansky edicin por Young y Roger Freedman. CENGAGE Pearson, 2009. Pg. 11- 21.

2) Captulo III Vectores En: Fsica para ciencias e ingeniera Vol. 1 edicin por Raymond Serway y Jhon Jewett Freedman. learning, 2008. Pg. 53- 79.