Informe 9 fuerzas de friccion - practica de fisica

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA

FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERÍAS CIVIL Y DEL AMBIENTE

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

FISICA I

DOCENTE

ING. FLORES TAPIA, JOHN ALEXANDER

TEMA

FUERZAS DE FRICCION

ALUMNO

MAMANI AYQUE, JOHN HOWER

AREQUIPA, 14 DE SEPTIEMBRE DEL 2014

FISICA I Fuerzas de Fricción

1

Universidad Católica de Santa María

INDICE

OBJETIVOS ....................................................................................................................................................................... 2

Objetivos Generales .................................................................................................................................................... 2

Objetivos Específicos .................................................................................................................................................. 2

MATERIALES .................................................................................................................................................................... 2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL............................................................................................................................ 2

1. Fuerza de Fricción Estática .............................................................................................................................. 2

2. Fuerza de Fricción Cinética .............................................................................................................................. 3

ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES................................................................................................................. 3

1. Fuerza de Fricción Estática .............................................................................................................................. 3

2. Fuerza de Fricción Cinética .............................................................................................................................. 5

COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS .................................................................................... 7

CONCLUSIONES ............................................................................................................................................................ 8

CUESTIONARIO FINAL................................................................................................................................................... 8

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................................................ 8


2


OBJETIVOS

Objetivos Generales

- Verificar experimentalmente las características de la fuerza de fricción.

- Determinar experimentalmente el coeficiente de fricción entre diversos materiales.

Objetivos Específicos

- Entender el significado y la diferencia entre fuerza de fricción cinética y fuerza de fricción estática

- Reconocer la incertidumbre del dinamómetro y el transportador; para luego determinar los pesos y

ángulos del sistema en equilibrio.

- Calcular los coeficientes de fricción estático y cinético, mediante el uso de tablas y gráficos, para

luego comparar la diferencia que existe.

MATERIALES

- Pista de deslizamiento.

- Bloque de madera.

- Dinamómetro.

- Cuatro pesas de 100gr.

- Cinta adhesiva.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Fuerza de Fricción Estática

1.1. Adhiera la pista de deslizamiento a la mesa de trabajo.

1.2. Medir el peso P del bloque usando el dinamómetro. Colocando el resultado en la tabla 1.

1.3. Ubicar el bloque sobre la pista de deslizamiento de tal manera que haya contacto entre la madera

de la pista y el papel lijar del bloque.

1.4. Ejercer una fuerza horizontal, de forma que el bloque esté a punto de empezar a moverse. Medir

esta fuerza 𝒇𝒔 con ayuda del dinamómetro y coloque su resultado en la tabla 1.

1.5. Agregue una pesa al bloque y repita los pasos 2,3 y 4.

1.6. Continúe el procedimiento hasta llenar la Tabla 1.

Tabla 1

n P (N) 𝒇𝒔 (N)

1 1.1 0.4

2 2.1 1.1

3 3.1 1.53

4 4.1 1.8

5 5.1 2.5


3


2. Fuerza de Fricción Cinética

2.1. Retirar las pesas del bloque y ubicar el bloque sobre la pista de deslizamiento de tal manera que

haya contacto entre la madera de la pista y el papel lijar del bloque.

2.2. Ejercer una fuerza horizontal sobre el bloque de forma que se mueva a rapidez constante. Medir

esta fuerza 𝒇𝒌 con ayuda del dinamómetro y coloque su resultado en la Tabla 2.

Tabla 2

n P (N) 𝒇𝒌 (N)

1 1.1 0.35

2 2.1 0.7

3 3.1 1.15

4 4.1 1.5

5 5.1 2

ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES

1. Fuerza de Fricción Estática

1.1. Con los datos de la Tabla 1, calcular el coeficiente de fricción estático entre la madera y el lijar.

Coloque sus resultados en la Tabla 3.

1.2. Utilizar las columnas adicionales para calcular la Desviación Estándar del promedio de 𝝁𝒔.

Tabla 3

n P (N) 𝒇𝒔 (N) 𝝁𝒔 𝝁𝒔 − 𝝁𝒑 (𝝁𝒔 − 𝝁𝒑)𝟐

1 1.1 0.4 0.364 -0.098 0.0097

2 2.1 1.1 0.524 0.062 0.0038

3 3.1 1.53 0.494 0.032 0.0010

4 4.1 1.8 0.439 -0.023 0.0005

5 5.1 2.5 0.490 0.028 0.0008

Prom(𝝁𝒑) = 0.462 Suma = 0.0158

1.3.Calcular la desviación estándar del promedio de 𝜇𝑠 y exprese la medida con este tipo de

incertidumbre.

𝛿𝑥 = √∑ (𝜇𝑠 − 𝜇𝑝)2𝑛

𝑖=1

𝑛 − 1

𝛿𝑥 = √0.0158

5 − 1

𝜹𝒙 = 0.063

Prom(𝑷𝒓𝒐𝒎𝝁𝒔) = 𝟎. 𝟒𝟔 ± 𝟎. 𝟎𝟔𝟑


4


COMENTARIO: La gráfica muestra la fuerza de rozamiento estático en función al peso, viendo que

aproximadamente se ajusta a la recta lineal, por esto se puede decir que la pendiente de esta recta es

el coeficiente de fricción estático.

1.4. Graficar 𝑓𝑠 en función de P (Gráfica 1).

1.5. Hallar la ecuación de la recta de la Gráfica 1.

Y = 0.49x - 0.053

1.6. Relacionar la ecuación de la recta obtenida con la ecuación: (𝑓𝑠)𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝜇𝑠𝑛 ; y explique el

significado de la pendiente de la gráfica 1.

𝒇𝒔 = 𝑩𝑷 + 𝑨 = 𝝁𝒔𝒏 + 𝒇𝒔𝒐

Dónde:

𝑓𝑠 = Fuerza de Fricción Estática

𝐵 = Coeficiente de fricción estático (𝜇𝑠)

𝑃 = Peso o Normal (𝑛)

𝐴 = Fuerza de Fricción Estática Inicial

Entonces:

La pendiente B es el coeficiente de fricción estático

LEYENDA

Y = 0.49x - 0.053

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4 5 6

Fu

erza

de

Fri

ccio

n E

stat

ica

(𝑓𝑠)

Peso del Bloque (P)

Gráfico 1: 𝑓𝑠 en función de P

Gráfico 𝑓𝑠 en función de P

Linear ( 𝑓𝑠 en función de P")


5


1.7. A partir de la pendiente anterior calcule el coeficiente de fricción estático entre la madera y el lijar.

𝒇𝒔 = 𝑩𝑷 + 𝑨

𝒇𝒔 = Fuerza de Fricción Estática

𝐵 = 0.49

𝑃 = 1.1N

𝐴 = 0.053

𝒇𝒔 = (𝟎. 𝟒𝟗)(𝟏. 𝟏) − (𝟎. 𝟎𝟓𝟑) = 𝟎. 𝟒𝟖𝟔

2. Fuerza de Fricción Cinética

2.1. Con los datos de la tabla 2, calcular el coeficiente de fricción cinético entre la madera y el lijar.

Coloque sus resultados en la Tabla 4.

2.2. Utilizar las columnas adicionales para calcular la desviación estándar del promedio 𝜇𝑘

Tabla 4

n P (N) 𝒇𝒌 (N) 𝝁𝒌 𝝁𝒌 − 𝝁𝒑 (𝝁𝒌 − 𝝁𝒑)𝟐

1 1.1 0.35 0.32 -0.14 0.02

2 2.1 0.7 0.33 -0.13 0.02

3 3.1 1.15 0.37 -0.09 0.01

4 4.1 1.5 0.37 -0.10 0.01

5 5.1 2 0.39 -0.07 0.00

Prom(𝝁𝒑)= 0.36 Suma = 0.06

2.3. Calcular la Desviación Estándar del Promedio 𝝁𝒑 y exprese la medida con este tipo de

incertidumbre.

𝛿𝑥 = √∑ (𝜇𝑘 − 𝜇𝑝)2𝑛

𝑖=1

𝑛 − 1

𝛿𝑥 = √0.0597

5 − 1

𝜹𝒙 = 0.122

Prom(𝑷𝒓𝒐𝒎 𝝁𝒌) = 𝟎. 𝟑𝟔 ± 𝟎. 𝟏𝟐𝟐

2.4. Graficar 𝑓𝑘 en función de P (Gráfica 2).


6


COMENTARIO: La gráfica muestra la fuerza de rozamiento cinético en función al peso, viendo que se

ajusta a la recta lineal, se puede decir que la pendiente de esta recta es el coeficiente de fricción

estático.

2.5. Hallar la ecuación de la recta de la Gráfica 2

Y = 0.41x - 0.131

2.6. A partir de la pendiente anterior calcular el coeficiente de fricción cinético entre la madera y el lijar.

𝒇𝒌 = 𝑩𝑷 + 𝑨 = 𝝁𝒌𝒏 + 𝒇𝒌𝒐

Dónde:

𝒇𝒌 = Fuerza de Fricción Estática

𝐵 = Coeficiente de fricción estático (𝜇𝑘)

𝑃 = Peso o Normal (𝑛)

𝐴 = Fuerza de Fricción Estática Inicial

Entonces:

La pendiente B es el coeficiente de fricción estático

𝝁𝒌 = 𝟎. 𝟒𝟏

LEYENDAY = 0.41x - 0.131

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6

Fu

erza

de

Fri

ccio

n C

inet

ica

(𝑓k)

Peso del Bloque (P)

Gráfico 2: 𝑓k en función de P

Gráfico 2: 𝑓k en función de P

Linear (𝑓k en función de P")


7


COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS

Fuerza de Fricción Estática

1. Haga una comparación gráfica entre los valores del coeficiente de fricción estático obtenido en el

punto (1.3) y en el punto (1.7) de la sección anterior. ¿Qué le sugiere el resultado?

Fuerza de Fricción Cinética

1. Haga una comparación grafica entre los valores del coeficiente de fricción cinético obtenido en el

punto (2.3) y en el punto (2.6) de la sección anterior. ¿Qué le sugiere el resultado?

𝝁p =0.46

𝝁𝒔=0.49

0.445

0.45

0.455

0.46

0.465

0.47

0.475

0.48

0.485

0.49

0.495

1 2

Comparación Gráfica


𝝁p = 0.36

𝝁𝒌 = 0.41

0.33

0.34

0.35

0.36

0.37

0.38

0.39

0.4

0.41

0.42

1 2




8


CONCLUSIONES

- Se logró hallar los valores experimentales de los pesos y fuerzas del experimento a desarrollar;

esto para calcular el coeficiente de fricción cinético y estático con su propia incertidumbre

- Relacionando la recta obtenida de las gráficas, y comparándolas con la fórmula de fuerza de

fricción, podemos llegar a la conclusión de que la pendiente de la recta es el coeficiente de fricción

cinético y estático.

- El intercepto de las rectas obtenidas de las gráficas es la fuerza de fricción inicial ya sea cinética o

estática.

- Se observó la diferencia entre la fricción estática y dinámica de un cuerpo, para poder concluir que

la dirección de la fuerza de fricción sobre un objeto es paralela a la superficie con la que el objeto

está en contacto y opuesta al movimiento real (fricción cinética) o al momento inminente (fricción

estática) del objeto con respecto a la superficie.

CUESTIONARIO FINAL

1. ¿Cuáles son los factores que tienen mayor influencia en los resultados finales?

El empleo del dinamómetro al momento de hallar la fuerza de fricción cinética y estática, ya que este tiene

que ser bien horizontal y paralelo a la superficie, para que no exista un ángulo de elevación ya que esto

influiría en la verdadera fuerza. La calibración del dinamómetro, porque en el caso de que este descalibrado

hallaríamos fuerzas erróneas.

2. ¿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.

BIBLIOGRAFÍA

1) Baird, D; Experimentación: Una introducción a la teoría de mediciones y al diseño de experimentos, 2da edición, Prentice Hall Hispanoamérica.

2) Alonso, M. & Finn, E.J; Fisica Volumen I: Mecánica, 1991

3) Pérez, M. Héctor (2009) Física general, Ed. Grupo Editorial Patria.

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Engineering

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