FUERZA DE ROZAMIENTO Y LEY DE HOOKE

RESUMEN

En esta practica de fuerza de rozamiento y ley de Hooke realizamos dos montajes, en la cual el primer montaje que corresponde a un plano inclinado con una masa, a esta la pesamos y posteriormente tomamos cinco ángulos diferentes para la misma masa, en la cual la masa va variando según la superficie en contacto.En el segundo montaje realizamos unas medidas para tres masas, la masa m1 la pesamos, la masa m2 y m`2 las medimos según donde valla el cuerpo.

INTRODUCCION

En esta exposición se hablara de algunos conceptos básicos previos al tema de coeficientes de fricción. En esta primera parte se hablara de los siguientes conceptos:

Dinámica: (del griego dinamis, fuerza) la cual se ocupa de las causas que originan el movimiento, es decir de que lo mas tarde llamaremos las fuerzas de la naturaleza.

Estática: (del griego, statos, inmóvil) es la que se ocupa de estudiar el estado de equilibrio o reposo de los cuerpos.

Otro punto importante que nos ayudara en el estudio es la segunda ley de newton que dice:

"la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza exterior resultante que actúa sobre el cuerpo, y tiene la misma dirección y sentido que dicha fuerza."

Ya que afirma que cuando la fuerza resultante no es nula, el cuerpo se mueve con movimiento acelerado. La aceleración, para una fuerza dada, depende de una propiedad del cuerpo llamada masa.

Para continuar ahora se estudiaran los conceptos de fricción y las leyes

Como sabemos dentro de los cuerpos existen una serie de fuerzas que actúan sobre el, la física se a encargado del estudio de las misma y como consecuencia de ello, existió un científico de nombre Isaac Newton quien postulo las tres que nos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos a partir de las fuerzas que actúan sobre ellos. Es necesario que conozcamos cuáles son las fuerzas que actúan sobre los cuerpos. Vamos

a comentar brevemente las principales fuerzas que podemos encontrarnos al estudiar el movimiento de un cuerpo.

1.- El peso: es la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre los cuerpos que hay sobre ella. En la mayoría de los casos se puede suponer que tiene un valor constante e igual al producto de la masa, m, del cuerpo por la aceleración de la gravedad, g, cuyo valor es 9.8 m/s2 y está dirigida siempre hacia el suelo.

2.- Cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie ejerce una fuerza sobre ella cuya dirección es perpendicular a la de la superficie. De acuerdo con la Tercera ley de Newton, la superficie debe ejercer sobre el cuerpo una fuerza de la misma

magnitud y dirección, pero de sentido contrario. Esta fuerza es la que denominamos Normal y la representamos con N.

 Dentro de nuestro estudio, esta también una fuerza extra llama fuerza de fricción o rozamiento y como esta es el tema de nuestro estudio la abordaremos de una manera más amplia:

FUERZA DE FRICCIÓN O ROZAMIENTO

Se define a la fricción como una fuerza resistente que actúa sobre un cuerpo, que impide o retarda el deslizamiento de este respecto a otro o en la superficie que este en contacto. 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.

La fuerza normal

La fuerza normal, reacción del plano o fuerza que ejerce el plano sobre el bloque depende del peso del bloque, la inclinación del plano y de otras fuerzas que se ejerzan sobre el bloque.

Si ahora, el plano está inclinado un ángulo , el bloque está en equilibrio en sentido perpendicular al plano inclinado por lo que la fuerza normal N es igual a la componente del peso perpendicular al plano, N= mg·cos

Cuerda al bloque que forme un ángulo con la horizontal, la fuerza normal deja de ser igual al peso. La condición de equilibrio en la dirección perpendicular al plano establece  N+ F·sen =mg

Fuerza de fricción estática.

Existe una fuerza de fricción entre dos objetos que no están en movimiento relativo. Tal fuerza se llama fuerza de fricción estática. En la siguiente figura aplicamos una fuerza F que aumenta gradualmente, pero el bloque permanece en reposo. Como en todos estos casos la aceleración es cero, la fuerza F aplicada es igual y opuesta a la fuerza de fricción estática Fe , ejercida por la superficie.

La máxima fuerza de fricción estática  Fe max , corresponde al instante en que el bloque está a punto de deslizar. Los experimentos demuestran que:

Fe máx = m eN

Donde la constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de fricción estática. Por tanto, la fuerza de fricción estática varía, hasta un cierto límite para impedir que una superficie se deslice sobre otra:

Fe máx  <=  m eN

El coeficiente de rozamiento dinámico es el coeficiente de proporcionalidad que relaciona la fuerza de rozamiento que actúa sobre

un bloque que se desliza y la fuerza normal . Al ser un cociente entre fuerzas, carece de unidades.Puedes conocer qué valores tiene en algunas superficies pulsando aquí Es importante distinguir entre este coeficiente y el coeficiente de rozamiento estático e. Siempre se cumple que e d. Manipula la siguiente escena para ver cómo varía este coeficiente y entender mejor su significado. Observa cómo la fuerza de rozamiento va variando, según sea la fuerza de tracción, hasta llegar a un valor máximo. A partir de ese punto, la fuerza de rozamiento está asociada al coeficiente de rozamiento dinámico.

ARREGLO EXPERIMENTAL

En esta práctica utilizamos el coeficiente de fricción estático y dinámico, en la cual en el montaje 1 se miden las masas y los respectivos ángulos según la fricción que este tenga y en el montaje 2 se mide la masa m1 y con el plano inclinado a un ángulo de 45º se toman las dos masas respectivas.

Coeficiente de fricción estática. Coeficiente de fricción dinámico

RESULTADOS Y ANALISIS

1. Coloque en el plano bajo un ángulo pequeño en cualquier punto del plano coloque el cuerpo. Haga variar el ángulo hasta conseguir que el cuerpo inicie el movimiento. En estas condiciones halle el valor del ángulo.

2. Repita el experimento (para el mismo cuerpo) al menos cinco veces. Llene la tabla No. 1, encuentre el promedio del ángulo.

3. Haga variar la masa del cuerpo que resbala (colocando pesas sobre el) y repita el procedimiento.

4. Porque el coeficiente de fricción estático no permanece constante cuando se realizan varias mediciones con cada cuerpo?

5. Que efecto tiene el área de la superficie y el peso del cuerpo en el coeficiente de fricción estático?

6. calcule el valor del coeficiente estático (explique su resultado)

7. con las mediciones que se usaron en la medida del coeficiente de fricción estático para encontrar el ángulo O determine el limite máximo de error y el error relativo en el coeficiente de fricción estático.

2.

madera-madera

M1 1 M2 2 M3 3 M4 4 M5 5

104g

63º

120g

60º

141g

61º

160g

62º

211g

64º

60º 65º 62º 60º 65º

62º 65º 57º 60º 65º

61º 62º 60º 60º 65º

60º 62º 63º 62º 65º

= 61.2º

62.8º

60.6º

60.8º

63.8º

Madera-liga

M1 1 M2 2 M3 3 M4 4 M5 5

104g

62º

120g

61º

141g

64º

160g

62º

211g

60º

65º 62º 64º 60º 60º

62º 63º 63º 59º 64º

62º 62º 64º 60º 64º

62º 63º 64º 60º 62º

= 62.6º

62.2º

63.8º

60.2º

62º

Madera-metal

M1 1 M2 2 M3 3 M4 4 M5 5

104g

78º

120g

75º

141g

77º

160g

77º

211g

76º

76º 74º 76º 75º 80º

79º 71º 76º 76º 79º

80º 75º 77º 77º 76º

76º 75º 76º 77º 77º

= 77.8º

62.2º

76.4º

76.4º

77.6º

4. el coeficiente de fricción estático no es constante porque este depende del cuerpo que este en contacto, por lo que en la practica trabajamos con un cuerpo rígido de diferentes contactos esto hace que varié en sus mediciones.

5. el coeficiente de fricción no tiene área porque la fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto. En el peso decimos que entre mas grande sea el peso mas grande será el coeficiente de fricción.

6. coeficiente estático:

madera-madera

tan

e= tan(60.6) =1.77

Madera-liga

e= tan

e= tan (60.2) = 1.74

Madera-metal

e= tan

e= tan(74) = 3.74

7. Determinar el error en el coeficiente de fricción estático

e(max)= tanmax)

e(min)= tanmin)

Δ = (max) - (min)

Err = Δ

Δ =l (max) - (min)l

Δ = l3.74 – 1.74l

Δ = 2

Err = Δ

Err= 2 = 0.82% 2.41

Montaje 2

1. pese y anote la masa m1

2. realice el montaje experimental, la inclinación debe ser 45º

3. coloque masa m2 (para cada masa proporcione una pequeña sacudida) hasta que el bloque se mueva con velocidad constante hacia arriba, anote ese valor.

4. modifique la masa m2 hasta que el bloque se mueva hacia abajo con velocidad constante, anote este valor como m´2. Tabla 2.

5. compruebe la relación (66) que error obtiene.

Solución

4. tabla de datos montaje 2. Fuerza de rozamiento

5. e = m2 – m´2

m2 + m´2

M1 M2 M´2

110g 60g 13g

e = 60 – 13 60 + 13

e = 47 = 0.64 73

CONCLUSIONES

Aprendimos a medir el coeficiente de fricción estático y dinámico en dos dimensiones.

Analizamos de cómo afecta la fricción en el momento sobre el plano inclinado.

Observamos como según la masa que este tenga el coeficiente de fricción no es constante.

Determinamos que la fuerza de rozamiento dinámico Fk es proporcional a la fuerza normal N.

BIBLIOGRAFIA

www.fisica.net www.wikipedia.org Fisica, Antonio Bonet Sánchez, Colombia, 1993, editorial: marvic,

pag 133-137