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Práctica3: Rozamiento Seco Héctor Santiago Troya Pérez, Gr7S3A, [email protected] Laboratorio de Física General, Departamento de Formación Básica, Escuela Politécnica Nacional Martín Medina, Jueves 9-11 Resumen– En el presente informe se presentan los pasos para obtener el coeficiente de rozamiento seco el mismo que se lo puede clasificar en estático y dinámico de diferentes tipos de materiales como son la madera el vidrio la cuerina, para obtener dicho coeficiente se tendrá que trabajar en dos sistemas de coordenadas uno inclinado y otro horizontal, también se tomara en cuenta la dinámica del cuerpo, en si todo lo que se refiere a las leyes de Newton.

I. INTRODUCCIÓN El mundo que nos rodea e incluso el universo qué lo contiene está regido por fuerzas fundamentales que son la gravedad el electromagnetismo la fuerza nuclear fuerte y la débil estas fuerzas son las que rigen al universo y más particular a nuestro mundo, de las mismas se pueden dividir más fuerzas que son funciones de las 4 ya dichas anteriormente. Estas 4 fueras fundamentales y sus derivadas se las puede clasificar en dos grupos conocidos como de campo y de contacto -

Fuerzas de campo: son todas fuerzas que actúan si estar en contacto con el objeto simplemente es una perturbación de medio.

-

Fuerzas de contacto: son las que se presentan en la interacción de dos objetos.

Para la práctica solo se analizó las fuerzas de contacto existentes en dos sistemas dinámicos en los cuales solo actúan las fuerzas de rozamiento y el peso, la primera una fuerza de contacto entre dos superficies y la segunda una fuerza de campo que es ejercida por la tierra [1]. La fuerza de fricción es la que se opone al movimiento del objeto, la misma que es provocada por dos condiciones la primera es la intensidad con la es apoyado el objeto a la superficie de contacto que es representada como la fuerza normal, la segunda es su coeficiente de rozamiento que se da por que las superficies no son lizas entre sí, esta es una constante que depende de la composición del objeto, con estos dos aspectos diríamos que la fricción es el producto de la normal con su coeficiente de rozamiento. 𝐹𝑟 = μ ∗ N

(1)

El peso o conocido también como la fuerza de gravedad es la fuerza que ejerce la Tierra sobre un objeto atrayéndolo para su eje esta fuerza es directamente proporcional a la masa del objeto y a la aceleración con la que es atraído, de ahí podemos poner la segunda ecuación

𝑃 =𝑚∗𝑔

(2)

La normal es dada por la tercera ley de Newton que nos explica las fuerzas de acción y reacción, si un objeto aplica una fuerza sobre otro, la fuerza que ejerce el segundo objeto en el primero es de la misma magnitud pero en sentido opuesto, en un objeto en reposo la normal sería de la misma magnitud que el peso de la cual tendríamos la tercera ecuación. 𝑃=𝑁

(3)

En un sistema de poleas también tenemos la fuerza de tensión, que es aquella fuerza ejercida por un cable o hilo que mantiene suspendido a algún objeto en el aire en este caso en particular la tensión también será la misma fuerza ejercida por el peso con ello tenemos la cuarta ecuación [2]. 𝑃=𝑇

(4)

Para analizar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo se debe realizar el diagrama de cuerpo libre que es un boceto del objeto en donde son colocadas todas las fuerzas, según la primera ley de Newton podemos decir que la sumatoria de fuerzas que actúan sobre un cuerpo en reposos es igual a cero, y según la segunda ley de Newton tenemos que la sumatoria de fuerzas de un objeto en movimiento es igual a su masa por la aceleración del objeto, podemos poner la ecuación número cinco y seis, la forma con la que se medirá el coeficiente de rozamiento estático y cinético se dará de las ecuaciones 7 y 8 las cuales representan el despeje del coeficiente de rozamiento de un sistema en el cual actúan las fuerzas [3]. ∑𝐹 = 0

(5)

∑𝐹 = 𝑚 ∗ 𝑎

(6)

μ = tagƟ

(7)

μ=

𝑀𝐵

(8)

𝑀𝐴

II. METODOLOGÍA Y EXPERIMENTACIÓN En la práctica se procedió a calcular el coeficiente de rozamiento seco estático y dinámico al saber que el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el dinámico primero se procedió a calcular el estático, para ello se realizó en un plano inclinado el siguiente diagrama de cuerpo libre

1

Los resultados son otorgados por el ángulo promedio de los tres ángulos de medición obtenidos en la realización del experimento, mientras más grande el ángulo más grande es el coeficiente de rodamiento.

Fig.1 diagrama de cuerpo libre inclinado En el cual se aplicó (6) para ver el movimiento en sus dos ejes, como el movimiento se da en los dos ejes se analiza las fuerzas que actúan en el mismo vemos que en el eje x, y. el sumatorio de las fuerzas va a ser iguala su masa por aceleración y si despejando el coeficiente de rozamiento tenemos que el coeficiente de rozamiento es igual a la tangente del ángulo de inclinación del sistema (7). Se tomaron varias medidas de los ángulos donde el inclinación rompía el coeficiente de rozamiento estático y empezaba el movimiento, esto se hiso con diferentes materiales como son el vidrio, acero, cuerina y aluminio. Para el coeficiente de rozamiento cinético se usó otro sistema donde el movimiento se producía por la tensión generada por el pero del objeto B ya que asumimos que se mueve la sumatoria de fuerzas va a ser igual a su masa por aceleración aplicando (6), (4) y despejando el coeficiente de rozamiento tenemos que el coeficiente de rozamiento cinético es igual a la masa B sobre la masa del objeto A obteniendo (8)

Los resultados del experimento que se realizó para obtener el coeficiente de rozamiento cinético están en la TABLA 2 del Anexo 1 donde se muestra que mientras más grande es el coeficiente de rozamiento la masa que se debe colocar para generar el peso que provoque el movimiento es mayo, ya que existe una mayor oposición al movimiento. IV. PREGUNTAS 1. Analice la siguiente afirmación: “La fuerza de rozamiento puede reducirse en principio puliendo ambas superficies en contacto, pero si el pulido se mejora hasta conseguir superficies muy lisas y planas, aumenta” argumenta si es verdadera o falsa. La fuerza de rozamiento disminuiría ya que el coeficiente de rozamiento entre las dos superficies también disminuye porque el mismo depende de la interacción molecular entre las superficies y cuando son pulidas esas interacciones moleculares son reducidas perdiendo rugosidad está perdida de coeficiente de rozamiento también se da por la temperatura y vario factores climáticos 2. Si disparo o lanzo un bloque hacia arriba en un plano inclinado con rozamiento, ¿Por qué el tiempo que tarda en descender desde el punto más alto que puedo alcanzar es mayor que el tiempo que tarde en subir? Esto sucede porque al momento de ascender las fuerzas que actúan en el cuerpo son la fricción que se opone al movimiento y la gravitacional que tampoco contribuye al movimiento, al llegar al punto más alto la velocidad va a ser cero y va a comenzar a descender, al descender la gravedad en vez de oponerse al movimiento contribuye con el mismo [4].

Fig.2. diagrama de cuerpo libre coeficiente cinético Para obtener el coeficiente de rozamiento cinético de diferentes materiales se probó con diferentes masas en B que generaban diferentes pesos y hacían que el sistema se moviera luego se calculaba su coeficiente con (8). III. RESULTADOS Y DISCUSIONES Los resultados obtenidos en los experimentos de rozamiento estático la TABLA 1 del Anexo 1 en el cual se puede observar que cuando el material es más rugoso el coeficiente estático aumenta ya que se tuvo mayores grados de inclinación con la cuerina y por ende su coeficiente de rozamiento aumenta.

3. ¿A qué conclusión llego el físico Guillaume Amontons? Guillaume Amontons fue un científico francés quien descubrió las leyes del rozamiento las conclusiones que el llego fueron - La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un cuerpo sobre un plano. - La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal.

- La fuerza de rozamiento no depende de la superficie de contacto del cuerpo [5]. 4. El coeficiente de rozamiento depende del material de las superficies que estén en contacto.

2

Si depende del material ya que la interacción de las moléculas de las dos superficies en contacto es diferentes a medida que los materiales se van cambiando [5].

- Uno de los beneficios del rozamiento es en el movimiento y freno de los automóviles ya que se utiliza esta fuerza para que se muevan para delante he incluso es necesario cuando se frena se necesita esta fuerza o sino se fueran sin parar.

5. En la siguiente figura señale los datos necesarios para analizar el sistema N

T T

Fr N

N

Fr P

N

Ɵ

T Fr N

N

Fr

Fig. 4 fuerza de rozamiento en el freno. - Una de las ventajas de la fuerza de rozamiento es que permite fijar un cuerpo a una superficie para servirnos de apoyo o para aguantar un peso mucho mayor que el de nosotros [7].

N

P2

N

Pues hay que analizar las masas de los objeto Ay B ya que ambas generar el peso, también hay que analizar de coeficiente de rozamiento de la superficie B ya que está en contacto con otra también el ángulo de inclinación del objeto se va a poner de color amarillo todo lo que debemos analizar. 6. Indique 3 aplicaciones del rozamiento -En las ruedas de los automóviles para generar el movimiento debe haber rozamiento sino el carro se quedaría rodando en su propio eje. - Para encender los fósforos que ya que la fricción es una fuerza genera trabajo y energía en los fósforos esa energía es fada como calor que permite encenderlos. - Para caminar la fuerza de rozamiento al momento de dar un paso es la que actúa para que no nos deslicemos y nos resbalemos ya que nos estabiliza [6]. 7. Explique y grafique 3 beneficios del rozamiento - Para poder movernos o caminar ya que cuando nuestros pies hacen contacto con el suelo utilizamos la fuerza de rozamiento para ir a delante si no existiera esta fuerza no nos movíamos

Fig. 3 la fuerza de rozamiento al caminar

Fig.5 cuerpo estático. 8. ¿por qué el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento cinético? Es mayor porque al estar estático el objeto tiende a permanecer en reposos según la primera ley de newton para hacerlo que se mueve debe aplicarse una fuerza que rompa su reposo y lo haga moverse una vez roto esa brecha de reposos el cuerpo empieza a moverse y ese coeficiente cinético es meno ya que posee una menor resistencia al movimiento [8]. 9. ¿En la figura, conociendo el ángulo, el desplazamiento x entre Ay B el tiempo t que emplea el desplazamiento deduzca la aceleración de la gravedad?

Usando el diagrama de cuerpo libre en la imagen tenemos que el peso se divide en el eje y, x y que en el eje x seria el seno del ángulo despejando la aceleración nos quedaría la siguiente ecuación.

3

𝑎 = (𝑠𝑒𝑛Ɵ − μcosƟ)g Donde μ es el coeficiente de rozamiento y g es el Angulo de elevación. V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Entonces se puede concluir del experimento realizado que mientras más rugosa sea la superficie y mientras el ovejo que ejerce el contacto con la superficie tenga mayor masa la fuerza de rozamiento será mayor, también que esta fuerza se la puede disminuir si pulimos las superficies de contacto. También se puede afirmar que el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento cinético ya que cuando está en movimiento la fuerza que se ejerce es menor que la fuerza que se ejerce para empezar a moverlo, que también depende del ángulo formado por la horizontal. Se recomienda que para hacer la práctica de rozamiento se tenga cuidado con el equipo que se va a utilizar y que se mire la precisión del mismo, en el objeto que se va a medir la superficie de rozamiento que se tenga un mayor cuidado ya que contiene vidrio. REFERENCIAS [1] J. Pereyra, «http://cienciadesofa.com,» ciencia de sofa , 09 02 2015. [En línea]. Available: http://cienciadesofa.com/2015/02/que-es-la-teoria-decuerdas.html. [Último acceso: 26 05 2018]. [2] Orlan, «https://es.slideshare.net,» Slideshare, 09 05 2013. [En línea]. Available: https://es.slideshare.net/ORLAN31/fuerza-y-suclasificacion. [Último acceso: 25 05 2018]. [3] A. Medina, «http://ocw.usal.es,» Universidad Salamanga, 2010. [En línea]. Available: http://ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/fisicai/contenidos/temas_por_separado/2_ap_newton1011.pdf . [Último acceso: 25 05 2018]. [4] M. Armando, «http://www.construmatica.com,» construmatica, 05 02 2014. [En línea]. Available: http://www.construmatica.com/construpedia/Coeficiente _de_Rozamiento. [Último acceso: 25 05 2018]. [5] A. Rodriguez, «https://prezi.com,» https://prezi.com/y0wpvv5llseh/el-rozamiento-pordeslizamiento/, 24 04 2014. [En línea]. Available: https://prezi.com/y0wpvv5llseh/el-rozamiento-pordeslizamiento/. [Último acceso: 25 05 2018]. [6] Juan Aquino Job Abanto, Toribio Cordova, «https://es.slideshare.net,» SlideShare, 15 05 2015. [En línea]. Available:

https://es.slideshare.net/torimatcordova/fuerza-derozamiento-15376425. [Último acceso: 25 05 2018]. [7] J. Barrios, «https://es.scribd.com,» Scribd, 2014. [En línea]. Available: https://es.scribd.com/document/364208429/1-5ventajas-y-desventajas-de-fuerza-de-rozamiento-2enuncie-o-escriba-3-superficies-del-salon-con-diferentefriccion-rugosidad. [Último acceso: 25 05 2018]. [8] Y. Bautista, «https://es.slideshare.net,» SlideShare, 21 04 2012. [En línea]. Available: https://es.slideshare.net/Yeseenya/friccin-cintica-yesttica-12634381. [Último acceso: 24 05 2018].

ANEXO 1 En la Tabla 1 se puede observar los ángulos con los que se trabajó para obtener el coeficiente de rozamiento estático de los objetos también se observa el material de cada uno de ellos. TABLA 1

MATERIAL

ÁNGULOS

ÁNGULO PRO

COEFICIENTE R.

ALUMINIO

19,2

23

23

21,73

0,4

VIDRIO

24

23,8

22,8

23,53

0,43

CUERINA

41

41

41,5

41,17

0,87

HIERRO

19

19

21

19,67

0,35

En la Tabla 2 se puede observar los materiales y el peso que se so para romper el rozamiento estático y calcular el cinético se midió la masa que íbamos a mover que es 460 y esa es la única constante. TABLA 2

MATERIAL

MASA1(G)

MASA2(G)

M1/M2

COEFICIENTE R.

ALUMINIO

460

82

0,18

0,18

VIDRIO

460

271

0,59

0,59

CUERINA

460

411

0,89

0,89

HIERRO

460

121

0,26

0,26

4

ANEXO 2

En este anexo se colocan las imágenes de los resultados de la práctica y la calificación obtenía en la misma.

5