Confirmare las leyes del rozamiento y determinar los coeficientes de fricción estático y cinético

UNIVERSIDAD DON BOSCO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICA LABORATORIO DE FISICA

ASIGNATURA: FISICA TECNICA

LABORATORIO 4:

COEFICIENTE DE FRICCION

I. OBJETIVO GENERAL

Confirmare las leyes del rozamiento y determinar los coeficientes de fricción estático y cinético

II. INTRODUCCION TEORICA

El conocimiento de los fenómenos de fricción, desgaste y lubricación son de vital importancia en la formación de profesionales actuales ya que estos son una de las causas mayoritarias de fallas en la industria. Cuando un cuerpo se mueve sobre una superficie o a través de un medio viscoso, como el aire o el agua, hay una resistencia al movimiento debido a que el cuerpo interactúa con sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza de fricción. Las fuerzas de fricción automáticamente se oponen al movimiento, nunca la favorecen y de hecho existen aun cuando no se produzca movimiento relativo. La fuerza de fricción es muy importante en la vida cotidiana. Esta fuerza es siempre tangencial a la superficie en los puntos de contacto con el cuerpo, y tiene un sentido tal que se opone al movimiento posible o existente del cuerpo respecto a esos puntos. Por otra parte estas fuerzas de fricción están limitadas en magnitud y no impedirán el movimiento si se aplican fuerzas lo suficientemente grandes.

En la interacción entre dos superficies aparecen diversos fenómenos cuyo conocimiento es de vital importancia. La fuerza de fricción es debida a varios efectos que suponen aportación de energía. Son tres fenómenos fundamentales que aparecen y se describen a continuación:

Fricción: Efecto que proviene de la existencia de fuerzas tangenciales que aparecen entre 2 superficies sólidas en contacto cuando permanecen unidas por la existencia de esfuerzos normales a las mismas.

Desgaste: Consiste en la desaparición de material de la superficie de un cuerpo como consecuencia de la interacción con otro cuerpo.

Adhesión: Capacidad para generar fuerzas normales entre dos superficies después de que han sido mantenidas juntas. Es decir, la capacidad de mantener dos cuerpos unidos por la generación anterior de fuerzas de unión entre ambos.

La fuerza de fricción estática

f

S _{máxima es igual a la mínima fuerza necesaria para iniciar el} movimiento. La fuerza de fricción cinética

f

k_{que actúa entre dos superficies que se deslizan con} movimiento relativo es igual a la mínima fuerza necesaria para conservar el movimiento relativo. La relación entre la magnitud de la máxima fuerza de fricción estática

f

S_{y la magnitud de la} fuerza normal N se llama coeficiente de fricción estático



s

, N s s

f





_{, y se calcula así:}





tan S

La relación entre la magnitud de la fuerza de fricción cinética

f

k _{y la magnitud de la fuerza} normal N se llama coeficiente de fricción cinético



k

utilizando la siguiente ecuación: N k k

f





El coeficiente de fricción cinético se calcula utilizando la siguiente ecuación:

N

f

_k

k



La Fig. N° 1 muestra a una fuerza de fricción contra una fuerza aplicada. Cuando F supera a

f

_s,máxima

el objeto se acelera hacia la derecha. Cuando el objeto está en movimiento la fuerza retardadora es menor, a esta fuerza retardadora se le llama fuerza de fricción cinética

f

k_{. Si}

f

k

F 

el objeto se mueve hacia la derecha con velocidad constante.

Fig. N° 1 Leyes fundamentales de la fricción

 La fuerza de fricción es proporcional a la fuerza que se ejerce perpendicularmente (normal) a las superficies de contacto.



La fuerza de fricción es independiente del área aparente de contacto. Por esta razón obje-tos grandes y pequeños del mismo par de materiales, presentan el mismo coeficiente de fricción.



La fuerza de fricción teóricamente es independiente de la velocidad de deslizamiento (aun-que no es así en la práctica debido a la sensibilidad de los materiales de fricción a la pre-sión, a la velocidad y a la temperatura).

 La fricción depende de las substancias en contacto.



La fricción depende del estado en que se encuentre las superficies (grado de pulimenta-ción, barnizado, grasa, etc.)

 La fricción por deslizamiento es independiente de la forma y el área de la superficie en contacto.

Para que un cuerpo se mueva con velocidad constante es necesario que la suma de las fuerzas que actúan sobre él sea iguales a cero. De esta manera, si sobre un cuerpo actúa una fuerza horizontal constante con movimiento horizontal a velocidad constante, se puede decir que dicha fuerza anula a la fuerza de fricción que existe entre el cuerpo y la superficie. (Fig. N° 2)

f

N

F

mg



_sy



_{kson constantes adimensionales y los valores dependen de la naturaleza de las dos}

superficies (Tabla N° 1).



_s



_{k, para superficies consideradas lisas los valores son pequeños y para superficies ásperas}

son más grandes

Tabla N° 1: Valores de coeficientes de fricción

Materiales



s



k

Acero sobre acero 0.74 0.57

Aluminio sobre acero 0.61 0.47

Cobre sobre acero 0.53 0.36

Hule sobre concreto 1.0 0.80

Madera sobre madera 0.25 - 0.5 0.20

Hielo sobre hielo 0.15 0.06

Vidrio sobre vidrio 0.94 0.4

* Fuentes Serway III. TAREA PREVIA

1. Escriba tres aplicaciones de la fuerza de fricción 2. ¿Existe realmente una superficie lisa? Explicar.

3. ¿Cuándo un cuerpo se mueve a velocidad constante? Explique.

4. Si la fuerza neta que actúa sobre un sistema no está equilibrada, ¿Cómo es su movimiento

?

IV. MATERIAL Y EQUIPO

Polea con soporte Porta pesas Bloque Balanza

Plano inclinado Hilo de nylon

Transportador y escuadra Nota: los traerá el estudiante V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

PARTE A: FRICCION ESTATICA

1.

Colocar el bloque sobre el plano inclinado y a partir de la posición horizontal



= 0°, levantar el plano suavemente y aumentar el ángulo de inclinación (Fig. N° 3)

2.

Anotar el valor del ángulo para cuando empieza a deslizarse.

3.

Repetir los pasos anteriores hasta completar la tabla N° 3

Masa del bloque __________kg Tabla N° 3: Ángulos de inclinación

Observación



max 1 2 3 4 5

PARTE B: FRICCION CINÉTICA

1.

Atar la cuerda al bloque y el otro extremo de la cuerda al porta pesas construyendo el sistema tal como se muestra en la Fig. N° 4.

2.

Agregar 30 g de masa al bloque y colocar en el porta pesa la masa necesaria que haga mo-verse al bloque con velocidad constante. Anotar resultados en la tabla N° 4.

3.

Repetir el procedimiento anterior hasta completar la tabla N° 4

Tabla N°4: Masa del bloque y porta pesa

Observación Masa bloque (kg) Masa porta pesas (kg)

1 2 3 4 5

Fig. Nº 4 Aplicación de fuerzas horizontal constante

A

VI. HOJA DE ANALISIS DE RESULTADOS

1- Utilizando los datos de la tabla N° 3. Calcular el valor del coeficiente de fricción estático. Complete la tabla N° 5

Tabla N° 5 Valores de coeficiente de fricción estático

Observación



max µs 1 2 3 4 5

2- Utilizando los datos de la tabla N° 5. Encontrar la incertidumbre para el coeficiente de fricción estático

3-

Utilizando los datos de la tabla N° 4. Encontrar el valor de F(N), N(N) y el coeficiente de fric-ción cinético. Completar la tabla N° 6

Tabla N° 6: Valores del coeficiente de fricción cinético

Observación m. bloque(Kg.) m. porta pesas(kg) F(N) N(N)



k 1 2 3 4 5

4- Hacer el gráfico F – N utilizando papel milimetrado 5- ¿Cuál es la relación de proporcionalidad entre F y N? 6- Encontrar la ecuación experimental del gráfico

7-

Encuentre el valor de



k _{a partir de la ecuación anterior}

8- ¿Depende el coeficiente de fricción de la clase del material en contacto?____ ¿Por qué? 9- Escribir las aplicaciones que tiene la fuerza de fricción en su carrera de estudio

Departamento: Ciencias Básicas

Laboratorio: Física NOTA

Asignatura: Física Técnica

Coeficiente de Fricción

N° Apellidos Nombres Carnet Firma GT

1 2 3 4 5

Nombre y firma del Docente de Laboratorio:

N° Criterios a evaluar % Asignado % Obtenido Observaciones

1 Presentación y orden 5

2 Utilizando los datos de la tabla N° 3. Calcular el valor del coeficiente de fricción estático. Comple-te la tabla N° 5

10 3 Utilizando los datos de la tabla N° 5. Encontrar la

incertidumbre para el coeficiente de fricción estático.

10 4 Utilizando los datos de la tabla N° 4. Encontrar el

valor de F(N), N(N) y el coeficiente de fricción

cinético. Completar la tabla N° 6 10 5 Hacer el gráfico F – N utilizando papel

milimetrado 10

6 ¿Cuál es la relación de proporcionalidad entre F

y N? 5

7 Encontrar la ecuación experimental del gráfico ₁₀ 8

Encuentre el valor de



k _{a partir de la ecuación} anterior

10

9 ¿Depende el coeficiente de fricción de la clase

del material en contacto?____ ¿Por qué? 10

10 Escribir las aplicaciones que tiene la fuerza de

fricción en su carrera de estudio 10

11 _{Conclusiones y comentarios. 10}

TOTAL DE PUNTOS 100

Física técnica. Laboratorio Nº 4. Hoja de criterios de evaluación de los resultados experimentales