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“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE SISTEMAS Curso:

FISICA I Tema:

FUERZA DE FRICCION Integrantes:

Agreda Rosales Anthony Gerardo Alvarez Campos Kenny Camacho Miñano Piero Davila Carrillo Diego Ferrer Chujutalli John Hilario Paredes Josecarlo Andreé Leon Vasquez Nicole Larisa Docente:

Vera Meza Secundino

INDICE:

Contenido I. OBJETIVOS: ....................................................................................................................... 4 1.1.

OBJETIVOS GENERALES: .................................................................................... 4

1.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: .................................................................................. 4

II.

FUNDAMENTO TEORICO: .......................................................................................... 4 2.1.

FUERZA DE FRICCION O ROZAMIENTO:......................................................... 5

2.1.1. COEFICIENTE DE ROZAMIENTO ESTATICO: .............................................. 6 2.1.2. FORMULACION: ................................................................................................ 7 2.1.2. CARACTERISTICAS DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO O FRICCION: ... 8 2.1.3. DIFERENCIAS ENTRE FRICCIÓN ESTÁTICA Y FRICCIÓN CINÉTICA: ... 8 III.

PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................ 10

3.1.

INSTRUMENTOS Y MATERIALES: .................................................................. 10

3.1.1. INSTRUMENTOS Y MATERIALES: ............................................................... 10 3.1.2. PROCEDIMIENTO: ........................................................................................... 10 IV.

CUESTIONARIO: ......................................................................................................... 12

IV.

CONCLUSIONES: ........................................................................................................ 13

V.

BIBLIOGRAFIA:........................................................................................................... 13

I.

OBJETIVOS: 1.1. OBJETIVOS GENERALES: - Medir los coeficientes y fuerzas de fricción entre superficies deslizantes y rugosas a lo largo de un plano inclinado. - Verificar experimentalmente las características de la fuerza de fricción. 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS: - Entender el significado y la diferencia entre fuerza de fricción cinética y fuerza de fricción estática. - Desarrollar intuitivamente el concepto de fricción por medio de la práctica.

II. FUNDAMENTO TEORICO: Así como existen fuerzas de contacto y fuerzas a distancia, las cuales se caracterizan por poner a los cuerpos en movimiento, existe otro tipo de fuerza que se encarga de reducir la rapidez de un objeto en movimiento, incluso frenarlo hasta un valor cero: la fuerza de fricción o fuerza de rozamiento.  ¿Qué es la fuerza de rozamiento o fricción? Si empujas una bola sobre una superficie, esta terminará parándose en algún momento. ¿No contradice este fenómeno al Principio de Inercia? Como no se le aplica ninguna fuerza, ¿No debería seguir moviéndose indefinidamente? La cuestión a esa pregunta es bien sencilla. El hecho de que la bola se termine parando no contradice este Principio, ya que durante su movimiento existe una fuerza "invisible" que provoca que la velocidad de la pelota vaya disminuyendo: la fuerza de rozamiento. La bola al desplazarse sobre el suelo roza contra él y contra el aire. Este rozamiento produce una pareja de fuerzas que "tiran" en contra del movimiento. ⃗⃗⃗⃗𝑅 )es una fuerza que surge por el contacto de La fuerza de rozamiento o de fricción (𝐹 dos cuerpos y se opone al movimiento. El rozamiento se debe a las imperfecciones y rugosidades, principalmente microscópicas, que existen en las superficies de los cuerpos. Al ponerse en contacto, estas rugosidades se enganchan unas con otras dificultando el movimiento. Para

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minimizar el efecto del rozamiento o bien se pulen las superficies o bien, se lubrican, ya que el aceite rellena las imperfecciones, evitando que estas se enganchen. ¿No has patinado nunca sobre un suelo recién pulido o encerado? ¿A que no tienes que hacer a penas fuerza para desplazarte bien lejos? 2.1. FUERZA DE FRICCION O ROZAMIENTO: La fuerza de fricción es realmente la oposición al movimiento de los cuerpos y se da en todos los medios conocidos (sólidos, líquidos y gaseosos). Atendiendo a que las superficie de los cuerpos en contacto no son idealmente lisas es imposible desaparecer esta fuerza, que en unos casos resulta necesaria reducir y en otros aumentar, ya que la fricción es una fuerza con sentido contrario a la fuerza aplicada. De no ser por la existencia de esta fuerza, no podríamos detenernos una vez puestos en marcha: los vehículos no avanzarían, pues la fricción sirve de apoyo a las ruedas para impulsarse y en su ausencia solo girarían sin avanzar. Cuando dos cuerpos están en contacto, existen, normalmente a nivel microscópico, unas alteraciones, unas rugosidades que se oponen a que un cuerpo se deslice sobre el otro. Veamos la siguiente figura, donde un cuerpo de un cierto material de masa m descansa sobre una superficie horizontal, también de determinado material. Según la Tercera Ley de Newton, a la fuerza que ejerce m sobre la superficie se le opone otra igual y de sentido contrario, a la que llamaremos fuerza normal, es decir FN = –mg.

Puede ocurrir que se aplique a m una determinada fuerza en la dirección del plano F, o bien que inclinemos la superficie de apoyo un cierto ángulo α y, en los dos casos, el cuerpo no se mueva, que siga en reposo. Esto es debido a que hay una fuerza de rozamiento estático ocasionada por las características del contacto entre los dos

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materiales a las que se han aludido antes (a la que llamaremos Fre) que impide el movimiento.

Esta fuerza de rozamiento estático es directamente proporcional a la fuerza normal.

2.1.1.

COEFICIENTE DE ROZAMIENTO ESTATICO: En el primer caso, el del plano horizontal, hay una fuerza, a la que llamaremos Femáx tal que si la aumentásemos mínimamente, el cuerpo de masa m comenzaría a moverse.

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En el segundo caso, al aumentar la inclinación del plano, llegaríamos a un ángulo θ tal que si lo aumentásemos también mínimamente, el cuerpo comenzaría a desplazarse. La componente del peso en la dirección del plano también la llamamos Femáx y su valor es mg · sen θ.

Se ha alcanzado el llamado ángulo crítico o ángulo de rozamiento. Como hemos dicho antes, la fuerza de rozamiento estático es directamente proporcional a la fuerza normal. A esta proporcionalidad, al coeficiente que relaciona las dos magnitudes le llamaremos coeficiente de rozamiento estático que tendrá el símbolo: μe.

El coeficiente de rozamiento estático, o μe será la tangente del ángulo crítico θ.

2.1.2.

FORMULACION: Debemos señalar que existe una fuerza de fricción estática (objetos en reposo) y fricción cinética (objetos en movimiento), cuyas fórmulas matemáticas son las siguientes: fe=n.N En que fe es la fuerza de fricción estática, n es el coeficiente de fricción estática y N la fuerza normal que, en el caso de que la superficie sea horizontal, es igual al peso. 7

fc=h.N fc es la fuerza de fricción cinética, h coeficiente de fricción cinética y N la fuerza normal siempre para superficies en contacto. 2.1.2.

CARACTERISTICAS DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO O FRICCION: A grandes rasgos, las características de la fuerza de rozamiento se pueden resumir en los siguientes puntos:  Se opone al movimiento de un cuerpo que se desliza en contacto con otro.  Depende de 2 factores: o La naturaleza de los materiales que se encuentran en rozamiento y el tratamiento que han seguido. Este factor queda expresado por un valor numérico llamado coeficiente de rozamiento o de fricción. o La fuerza que ejerce un cuerpo sobre el otro, es decir, la fuerza normal.

2.1.3.

DIFERENCIAS ENTRE FRICCIÓN ESTÁTICA Y FRICCIÓN CINÉTICA:

La fricción estática se diferencia de la cinética por ser mayor que esta, ya que un cuerpo en reposo al recibir una fuerza de aplicación que va en ascenso desde un valor cero hasta un determinado valor, permanece en reposo solo hasta que la fuerza aplicada supera el valor máximo de la fricción estática. En ese momento, el cuerpo comienza a moverse y la fricción se denomina cinética. Cuando el cuerpo está en movimiento, es posible reducir un poco la fuerza de aplicación y el movimiento se mantiene. Esto se debe a que vencida la fricción estática, las uniones microscópicas que mantenían soldadas las superficies en contacto se rompen. Así, cuando una persona trata de mover horizontalmente un cajón pesado, al principio le cuesta sacarlo del reposo, pero una vez que lo pone en marcha, puede ver qué fácil es continuar moviéndolo con menor esfuerzo. Para ilustrar las fuerzas de fricción, suponga que intenta mover un pesado mueble sobre el piso. Ud. empuja cada vez con más fuerza hasta que el mueble parece "liberarse" para en seguida moverse con relativa facilidad. Llamemos f a la fuerza de fricción, F a la fuerza que se aplica al mueble, mg a su peso y N a la fuerza normal (que el piso ejerce sobre el mueble).

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La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de fricción puede representarse mediante el siguiente gráfico:

Aumentemos desde cero la fuerza F aplicada. Mientras ésta se mantenga menor que cierto valor

.N, cuyo significado se explica más abajo, el pesado mueble no

se mueve y la fuerza de roce entre las patas del mueble y el piso es exactamente igual a la fuerza F aplicada. Estamos en la denominada "zona estática", en que f = F. Si continuamos aumentando la fuerza F alcanzaremos la situación en que f =

.N, la máxima fuerza de fricción estática y el mueble parecerá "liberarse"

empezando a moverse, pero esta vez con una fuerza de fricción llamada cinética y cuya relación con la fuerza normal es fk = Donde

N (zona cinética)

es el coeficiente de roce cinético, que debe distinguirse del coeficiente

de roce estático

, mencionado más arriba.

se obtiene encontrando el cociente

entre la máxima fuerza de roce (condición a punto de resbalar) y la fuerza normal. De ahí que

.N nos entrega el valor máximo de la fuerza de roce estático.

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El coeficiente de roce estático es siempre mayor que el coeficiente de roce cinético. III. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. INSTRUMENTOS Y MATERIALES: 3.1.1.

3.1.2.

INSTRUMENTOS Y MATERIALES: -

Plano inclinado de deslizamiento

-

Un cubo de madera

-

Una balanza

-

Transportador

PROCEDIMIENTO: - Ubicar el plano de deslizamiento en la mesa de trabajo. - Determinar la masa del cubo de madera usando la balanza. - Ubicar el cubo de manera sobre el plano, y lo elevamos hasta el instante justo en el que el carrito empiece a deslizarse. - Después de haber elevado el plano determinamos cuál fue el ángulo en donde el cubo de madera se deslizó, para ambas superficies. - Una vez hallado el ángulo, realizar el diagrama de cuerpo libre del sistema que se está analizando para identificar todas las fuerzas que actúan. - Hallar la el coeficiente de fricción o la fuerza de rozamiento para ambos casos. La masa obtenida del cubo fue de 40g, convirtiendo a gramos:

40g * (

1 𝐾𝑔

1000𝑔

) = 0.04 Kg

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En la SUPERFICIE LISA el cubo se deslizó cuando el tablero se elevó a un ángulo de 30°

N

30°

mg

mg = (0.04) * (9.8) = 0.392 N = mgCos30 mgCos30 = (0.392) * (0.866) = 0.339 N = 0.339 = mgSen30 mgSen30 = (0.392) * Sen30 = (0.392) * (0.5) = 0.196 

= 0.196

 Fuerza de Rozamiento =

* N = (0.196) * ( 0.339) = 0.066

En la SUPERFICIE RUGOSA el cubo se deslizó cuando el tablero se elevó a un ángulo de 40°

N

mg

40°

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mg = (0.04) * (9.8) = 0.392 N = mgCos40 mgCos40 = (0.392) * (0.766) = 0.3 N = 0.3

= mgSen40 mgSen40 = (0.392) * Sen40 = (0.392) * (0.642) = 0.251 

= 0.251

 Fuerza de Rozamiento =

* N = (0.251) * (0.3) = 0.075

IV. CUESTIONARIO: - ¿El coeficiente de fricción depende del área de contacto entre las superficies? Explique En cierto modo depende del área de contacto entre dos superficies, pero también depende del peso o de la normal de uno de los objetos que está en contacto, ya que si el peso es mayor entonces el coeficiente de fricción es mayor, mayor la resistencia a ser desplazado.

- ¿Cuándo es máximo el valor de la fuerza de rozamiento? El valor máximo se da justo antes de que el cuerpo comience a deslizarse. La fuerza en una superficie plana es contrariamente proporcional a la que se le aplique y en una superficie inclinada es contrariamente proporcional a su ángulo de inclinación.

-¿Variarían los resultados si se sustituyera el plano inclinado por un plano horizontal? Los resultados si varían porque en un plano horizontal se describe un Movimiento Rectilíneo Uniforme, mientras que en el plano inclinado el cuerpo experimenta un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado y sufre una descomposición de su peso en los dos ejes y es atraído por la gravedad.

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IV.

CONCLUSIONES:

En conclusión, tenemos que la fricción, o también llamado rozamiento, es un fenómeno físico con el cual vivimos a diario, muchas veces no nos damos cuenta de él, y aunque no estemos enterados, estamos teniendo fricción. Gracias a este proyecto entendimos que el coeficiente de fricción esta dado por µ y donde este puede ser dinámico o estático, donde el coeficiente de rozamiento dinámico de un cuerpo con la superficie de un plano inclinado, es igual a la tangente del ángulo del plano inclinado con el que el cuerpo se desliza sin aceleración, con velocidad constante, por el plano. El coeficiente estático en un plano inclinado también depende de la tangente del Angulo

V.

BIBLIOGRAFIA:

- Resnick Halliday física para estudiantes de ingeniería. Tomo I. Edición 1998 -www.sc.ehe.es/sdweb/*física/dinámica/rozamiento/general/rozomiento.htm#Explicación del origen del razonamiento por contacto. - Pérez, M. Héctor (2009) Física general, Ed. Grupo Editorial Patria.

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