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FUERZA DE ROZAMIENTO EXPERIMENTO N° 4

ANSELMO ALEJANDRO QUISPE VENTURA- II-A| | LABORATORIO DE FISICA IFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL | 14 de Diciembre del 2018

OBJETIVOS  

Estudio de las fuerzas de rozamiento entre un cuerpo y una superficie seca. Determinación de los coeficientes de rozamiento.

RESUMEN En este trabajo práctico estudiamos las fuerzas de rozamiento tanto dinámica como estática falseando las leyes de la dinámica y la relación entre fuerza de roce y la normal. También observamos sus variaciones al alterar la masa del cuerpo y el ángulo del plano inclinado en el caso de la fuerza de rozamiento estática. Además, determinamos el coeficiente de rozamiento para ambos casos.

INTRODUCCION La fuerza de rozamiento está presente en todos los aspectos de nuestra cotidianidad. Es la que nos permite, caminar, la que impulsa los automóviles, la que nos permite tallar piezas mecánicas. Una puntilla no se puede clavar y fijar en su lugar, si no es por la fuerza de fricción; atar una cuerda tampoco es posible sin rozamiento. La fuerza de rozamiento es una fuerza de resistencia al movimiento relativo de dos cuerpos en contacto. Un sólido que reposa sobre una superficie plana y horizontal está sometido a una reacción normal a la superficie que equilibra su fuerza peso; al aplicarle una fuerza horizontal creciente en intensidad, el cuerpo está en reposo pues tal fuerza queda equilibrada por una reacción tangencial del plano sobre el cuerpo; aumentando la intensidad de dicha fuerza, llega un instante en que el sólido empieza a deslizarse sobre la superficie: la resistencia de la superficie en este momento es proporcional a la reacción normal siendo µe el coeficiente de proporcionalidad, también llamado, coeficiente de rozamiento estático. Por analogía la fuerza de resistencia en este punto también lleva el nombre de fuerza de rozamiento estática. Si se supone que el movimiento ya está iniciado, se tiene que el rozamiento es también proporcional a la fuerza normal, pero el coeficiente de proporcionalidad µd, en este caso de rozamiento dinámico, es menor que el estático. Por tanto, el rozamiento en el instante en que se inicia el movimiento es mayor que el valor que alcanza una vez que el movimiento está establecido.

MARCO TEORICO La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos; gracias esta fuerza podemos caminar (cuesta mucho más caminar sobre una superficie con poco rozamiento, por ejemplo, un suelo con alguna solución jabonosa) que por una superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo asfaltado). Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que están en contacto. Hablamos entonces de Fuerza de rozamiento estática. Por ejemplo, si queremos empujar un cuerpo muy grande y hacemos una fuerza pequeña, este no se moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento estática que se opone al movimiento. Si aumentamos la fuerza con la que empujamos, llegará un momento en que superemos está fuerza de rozamiento y será entonces cuando el cuerpo se pueda mover. Esta diferencia se podría explicar ya que al permanecer en reposo ambas superficies, pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso micro soldaduras entre las superficies. Éste fenómeno es tanto mayor cuanto más perfectas son las superficies. Un caso más o menos común es el del gripaje de un motor por estar mucho tiempo parado (no sólo se arruina por una temperatura muy PÁGINA 1

elevada), ya que al permanecer las superficies del pistón y la camisa durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre sí.

Una vez que el cuerpo empieza a moverse, hablamos de fuerza de rozamiento dinámica. Esta fuerza de rozamiento dinámica es menor que la fuerza de rozamiento estática. Como el bloque se está moviendo la fuerza de rozamiento es igual al producto del coeficiente de rozamiento cinético por la fuerza normal. Fr=µkN Con estas ecuaciones obtenemos que la medida del coeficiente de rozamiento por deslizamiento que viene dado por la tangente del ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal. A este ángulo para el cual el movimiento del bloque es uniforme, le denominaremos ángulo crítico.

µk= tan θ Comportamiento de la fuerza de rozamiento en el plano inclinado. Las fuerzas que actúan sobre el bloque son, el peso mg, la reacción del plano inclinado N, y la fuerza de rozamiento, opuesta al movimiento.

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Como hay equilibrio en sentido perpendicular al plano inclinado (eje Y, de nuestro sistema de referencia), la fuerza normal N es igual a la componente Y del peso. N=mg cos θ

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Si el bloque tiene aceleración cero la componente X del peso es igual a la fuerza de rozamiento. mg senθ =Fr

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Cuando el bloque se está moviendo la fuerza de rozamiento es igual al producto del coeficiente de rozamiento dinámico por la fuerza normal. Fr=µdN

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Entonces obtenemos la medida del coeficiente de rozamiento dinámico. Viene dado por la tangente del ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal. A este ángulo para el cual el movimiento del bloque es uniforme, se denomina ángulo crítico. µd= tan θ

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Se puede medir el coeficiente de rozamiento estático mediante el experimento en el cual el bloque comienza a deslizar. Se cumple entonces que la tangente del ángulo crítico (el ángulo del plano para el cual el bloque va a empezar a deslizar) es igual al coeficiente de rozamiento estático µe=tan θ

Ahora veamos diferentes tipos de rozamiento: Como acabamos de mencionar, existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática y la fricción cinética. En resumen, el primero es una resistencia, la cual se debe superar para poner movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento una vez que éste ya comenzó. Entonces, la que diferencia a un roce con el otro es que el estático actúa cuando el cuerpo está en reposo y el cinético cuando está en movimiento. El roce estático es siempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (número que se mide experimentalmente y está tabulado) multiplicado por la fuerza normal. El roce cinético, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento, denotado por la letra griega, por la normal en todo instante.

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EJEMPLOS DE FUERZ DE ROZAMIENTO EN LA VIDA COTIDIANA

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Se observa que tanto el automóvil como la persona están experimentando fuerza de rozamiento respectivamente (al estar en movimiento sobre el asfalto).

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Se observa que la persona al ejercer una fuerza, la superficie responde a través de la fricción.

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Al entrar en contacto la tiza con el pizarrón se experimenta la fuerza de fricción o rozamiento.

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CONCLUSIONES 

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la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática), La fricción depende también de diversos factores como la superficie que tan lisa o rugosa es, o también del ángulo de inclinación de ésta. la fricción no depende de lo grande o pequeña que sea la superficie de contacto, más bien depende de la masa del objeto, a mayor masa la fricción es mayor, por el contrario, si la masa del objeto es muy pequeña la fuerza de fricción también será de esta manera.

BIBLIOGRAFIA    

BEDFORD, Anthony y FOWLER, Wallace L. “Estática, Mecánica para Ingeniería “Addison Wesley México,1996. HIBBELER, Russell C. “Mecánica para Ingenieros, Estática” CECSAMéxico,1993. ORDOÑEZ R, Luis et al.. “Mecánica Vectorial para Ingenieros, Estática” CECSA, México,1987 BEER, Ferdinand P y JOHNSTON, E. Rusell “Mecánica Vectorial para Ingenieros, Estática” McGraw-Hill de México, México,1992

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