RESUMEN

En esta experiencia se midió la fuerza de fricción que hay entre dos superficies halando un bloque de madera atado a un dinamómetro sobre una superficie plana de madera. Igualmente se aprendió a distinguir entre el rozamiento estático y dinámico.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

Se verá que la fuerza de fricción o de rozamiento es la oposición 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 solidas la fuerza de rozamiento tiene dirección paralela a la superficie de apoyo, dicha fuerza de rozamiento se calcula mediante la siguiente ecuación:

F⃗r=μ N

Donde μ es el coeficiente de rozamiento, el cual depende exclusivamente de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies y N es la fuerza normal la cual se presenta cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie, cuando esto sucede el cuerpo ejerce una fuerza sobre la superficie cuya dirección 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 únicamente cuando hay dos o más superficies en contacto. Cuando se trata de empujar un cuerpo que está en reposo sobre una superficie la fuerza máxima que hay que imprimir para vencer el estado de reposo y colocarlo en movimiento dicha fuerza máxima es denominada fuerza de rozamiento estática; una vez que el cuerpo empieza a moverse con una velocidad constante la fuerza para mantener ese movimiento es conocida como fuerza de rozamiento cinética o dinámica. Ambas fuerzas de fricción tienen un coeficiente de rozamiento el cual está determinado dependiendo de las superficies en contacto, el coeficiente de rozamiento estático μe es mayor que el coeficiente de rozamiento dinámico o cinético μc así:

μe>μc

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 dinamómetro.

PROCEDIMIENTO

Inicialmente se realizaron ciertas sugerencias para realizar de forma idónea la experiencia, luego se halló la masa del bloque de madera con ayuda de una balanza (dicha indicación fue de 100 gr), después se enganchó el bloque de madera a la parte lateral del dinamómetro, posteriormente se haló suavemente y de forma horizontal el dinamómetro hasta que el bloque empezó a moverse con el fin de hallar la fuerza de fricción estática entre la superficie de madera y el bloque (esta tarea se realizó por cada uno de los integrantes del grupo), inmediatamente se realizaron las respectivas anotaciones, seguidamente se agregó una de las pesa al bloque de madera sujeto al dinamómetro y se realizó 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 haló el dinamómetro con el bloque de madera enganchado a él nuevamente pero esta vez hasta que este adquirió una velocidad constante (dicho proceso se hizo por cada uno de los integrantes del grupo) el valor registrado por el dinamómetro es la fuerza de rozamiento dinámica o cinética, se tomaron las anotaciones necesarias, luego al igual que la parte anterior de la experiencia se agregó una de las pesa al bloque de madera sujeto al dinamómetro, inmediatamente se haló el dinamómetro hasta que el bloque de madera tuvo una velocidad constante, luego se tomaron las anotaciones pertinentes (el mismo proceso se realizó con las dos pesas faltantes).

RESULTADOS

MasaFuerza de rozamiento estático ( f⃗re)

gr-F⃗ x(gr-F⃗)1 2 3 4 5

100 gr 30 28 28 28 29 28,6150 gr 40 38 42 42 43 41,0200 gr 60 60 59 60 58 59,4250 gr 80 76 78 78 79 78,2

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 aritmética de la fuerza de rozamiento estático de (gr- F⃗) a N tenemos que:

Normal (N⃗ ) x ( f⃗re)f⃗r e

N

0,98 N 0.28047 N 0,281,47 N 0.402073 N 0,271,96 N 0.582515 N 0,292,45 N 0.76688 N 0,31

MasaFuerza de rozamiento cinético

gr-F⃗ x

1 2 3 4 5100 gr 20 18 18 20 17 18,6150 gr 28 28 27 25 28 27,2200 gr 42 42 44 42 43 42,6250 gr 60 56 60 57 58 58,2

De igual forma se convirtió el promedio de la fuerza de fricción cinética de (gr-F⃗) a N para hacer la relación de este con la normal y tenemos que:

Normal (N⃗ ) x ( f⃗rk)f⃗r e

N

0,98 N 0.182404 N 0,191,47 N 0.266741 N 0,181,96 N 0.417763 N 0,212,45 N 0.570747 N 0,23

Según el libro de física para ciencias e ingeniería Serway, el coeficiente de fricción estática y cinética 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 así:

Porcentaje deerror=|V experimental−V teorico .|

V teorico

×100

Coeficiente de rozamiento estático:

% Error A=|0,28−0,3|

0,3× 100=6,6 %

% Error B=|0,27−0,3|

0,3×100=10 %

% ErrorC=|0,29−0,3|

0,3×100=3,3 %

% Error D=|0,31−0,3|

0,3× 100=3,3 %

Coeficiente de rozamiento cinético:

% Error A=|0,19−0,2|

0,2×100=5 %

% Error B=|0,18−0,2|

0,2× 100=10 %

% ErrorC=|0,21−0,2|

0,2× 100=5%

% Error D=|0,23−0,2|

0,2× 100=15 %

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

f(x) = 0.330612244897959 x − 0.0619999999999998R² = 0.991836734693878

Fuerza de rozamiento estatico vs. Normal

Normal (Newton)

Fuer

za d

e ro

zam

ient

o es

tatic

o (N

ewto

n)

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = 0.269387755102041 x − 0.102R² = 0.987755102040816

Fuerza de rozamiento cinético vs. Normal

Normal (Newton)

Fuer

za d

e ro

zam

ient

o cin

etico

(New

ton)

DISCUSIÓN

Según los resultados obtenidos nuestro grupo dijo que de la relación 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 gráficas obtenidas podríamos inferir que la fuerza normal y la fuerza de rozamiento estático y cinético se relacionan de forma directa proporcionalmente, esto de igual forma se puede predecir despejando la fórmula de fuerza de rozamiento así:

F⃗r=μ N μ=F⃗rN

Según se afirmó que μ es una constante y que dicha fórmula de rozamiento describe a la fórmula de una línea recta de la forma y=mx, igualmente se dijo que las desviaciones en las pendientes de ambas rectas obtenidas en las gráficas se debe a los errores realizados a la hora de hacer las mediciones.

DESARROLLO DE PREGUNTAS

1- ¿Qué información le da la gráfica 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 línea recta, ya que si la normal aumenta la fuerza de rozamiento estático también lo hace.

2- ¿Qué información le da la gráfica 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 gráfica 1.

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

Respuesta: La pendiente de ambas rectas representa la razón de cambio de la fuerza de rozamiento con respecto a la normal, de igual forma la tangente del ángulo formado por el eje x y la recta es el coeficiente de rozamiento estático en la gráfica 1 y cinético en la gráfica 2, extendiendo un poco más la recta podríamos decir que la gráfica 1 posee un ángulo de inclinación mayor que el de la gráfica 2.

4- ¿Depende la fuerza de fricción del área en contacto?

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

CONCLUSIONES

Se llega a la conclusión de que la fuerza de rozamiento es la oposición 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 dirección paralela a la superficie de apoyo, también que dicha fuerza de rozamiento o de fricción se calcula mediante el producto de μy de la fuerza normal (N), donde μ es una constante conocida como coeficiente de rozamiento del cual hay dos tipos el coeficiente de rozamiento estático y el cinético, donde el estático es mayor en magnitud que el cinético, dicha magnitud varía dependiendo de las superficies que están 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 saldrían, el hockey sobre hielo sería imposible de realizar, los carros no frenarían cuando se accionaran los frenos, entre otras.

BIBLIOGRAFIA

1) Capítulo I Mecánica En: Física universitaria Sears Semansky edición por Young y Roger Freedman. CENGAGE Pearson, 2009. Pág. 11- 21.

2) Capítulo III Vectores En: Física para ciencias e ingeniería Vol. 1 edición por Raymond Serway y Jhon Jewett Freedman. learning, 2008. Pág. 53- 79.