7/30/2019 Para Los Que No Han Hecho La Practica Lab. 3 Fisica 1

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PRCTICA DE LABORATORIO N 03

FUERZAS DE FRICCIN

I. OBJETIVOS:

Estudiar las caractersticas de los coeficientes de rozamiento dinmico y

esttico de diferentes materiales.

Calcular el coeficiente de friccin esttico y cintico para deslizamiento en

superficies arbitrarias (caso de la madera). Verificar la relacin entre el coeficiente friccin y la fuerza de rozamiento.

Realizar clculos cinemticos basndose en consideracin dinmicas y

mecnicas para los materiales y accesorios empleados.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

Cada vez que empujamos o jalamos un cuerpo que descansa en superficie

perfectamente horizontal con una fuerza, se logra impartir una cierta

velocidad, este se detiene poco tiempo despus de retirar la fuerza. Adems

hay ocasiones en que al empujar el objeto este ni siquiera adquiere una

velocidad y se mantiene en reposo. Esto se debe a que existe una fuerza que

se opone a que este continuara deslizndose. Esta fuerza se conoce como la

fuerza de friccin o de rozamiento. La magnitud de esta fuerza opuesta al

movimiento depende de muchos factores tales como la condicin y la

naturaleza de las superficies, la velocidad relativa, etc. Se verifica

experimentalmente que la fuerza de friccin f, tiene una magnitud proporcional

a la fuerza normal N de presin de un cuerpo sobre otro. La constante de

proporcionalidades llamada coeficiente de friccin y lo designamos con la letra

griega , la relacin queda como:

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El signo negativo se justifica debido a que esta fuerza se opone al movimiento

de acuerdo a la figura (1). Si la fuerza F es la fuerza aplicada, lo que mueve al

mvil hacia la derecha ser la resultante R dada por la ecuacin (2):

Movimiento

N

R

F

mg

Fig. (1): Fuerza resultante R actuando sobre el bloque.

Ahora, dado la relacin entre la fuerza y la aceleracin del mvil podemos

reescribir la ecuacin (3) como:

Donde: m, masa del mvil.

, aceleracin del mvil debida a la accin de la fuerza F.

F, es la fuerza aplicada

N, es el producto de la masa del mvil y la aceleracin gravitacional.

Diferenciando la fuerza de friccin esttica y la fuerza de friccin cintica, es

que la primera evita que comience el deslizamiento y la segunda, se opone a

la continuacin del deslizamiento una vez comenzado.El objeto se mantiene en reposo cuando se aplica la friccin esttica; sin

embargo si la fuerza aplicada es mayor que la fuerza de friccin esttica

mxima, el objeto empieza a moverse y pasamos al rgimen de la friccin

cintica. La friccin esttica mxima est dada por:

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Donde: coeficiente de friccin esttico.

Y la friccin cintica:

Donde: coeficiente de friccin cintica.

La relacin entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de friccin f puede

representarse mediante la siguiente figura (2):

Zona esttica zona cintica F

Figura (2): relacin entre la fuerza aplicada F y la fuerza de friccin .

En general:

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III. EQUIPOS Y MATERIALES

Computadora personal:

Software data Studio instalado:

Interface Science Workshop 750:

Sensor de movimiento (CI-6742)

Sensor de fuerza (CI-6537)

Cajn de friccin (material Madera)

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Una masa accesoria de 0.25kg.

Conjunto de pesas (diferente magnitudes):

Carril, tope y polea ms 1.60m de hilo negro.

Balanza analgica.

IV. PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADES

Procedimientos para configuracin de equipos y accesorios.

a) Verificar la conexin e instalacin de la interface

b) Ingresar al software data Studio y seleccionar la actividad Crear

experimento.

c) Seleccionar sensor de movimiento y sensor de fuerza, de la lista de

sensores, efectuar la conexin usando los cables para transmisin de

datos de acuerdo a lo indicado por Data Studio.

d) Efectuar la calibracin correspondiente considerando una frecuencia para

disparo de 5 registros por segundo para el sensor de movimiento y un

muestreo lento de un registro por segundo para el sensor de fuerza,

especificando atraccin positiva con un valor mximo de 500gr. Y mnimo

de 0gr.

e) Mida y anote la masa del cajn de friccin (madera), la masa adicional,

sensor de fuerza y masa total en la tabla (2).

f) Realizar el montaje de equipos y accesorios, tal como se muestra en la

figura (3).

g) Genere un grafico para dos de los parmetros medidos por el sensor demovimiento y de fuerza (aceleracin y fuerza).

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h) Aumente la precisin y coloque los encabezados correspondientes en las

tablas y graficas generadas.

Sensor de

Movimiento Sensor de fuerza

Polea

Tope

Cajn de friccin

Pesas

Figura (3): montaje de equipos y accesorios.

Primera actividad (determinacin de los coeficientes de friccin)

a) Coloque el mvil a 15 cm. Del censor de movimiento.

b) En el porta pesos coloque una masa de 0.35 kg. Y pulse el botn inicio,agregue masas con un avance de 10 gr. En cada caso. Cuando el

conjunto mvil logre movimiento y llegue a la posicin final (tope), pulse el

botn detener.

c) Repetir los pasos de a) hasta c) 10 veces y anote sus resultados en la

tabla (2).or de , tal

Tabla(2): datos evaluados con sensor de movimiento y fuerza en laboratorio.

Tabla(3) : masa del conjunto mvil

EVENTOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Promedio

Aceleracin(m/s 0.1 0.2 0.8 0.5 10.9 10.9 13.4 14.0 16.2 18.0

Tencin(N) 1.38 1.47 1.58 1.59 1.64 1.65 1.80 1.79 1.88 1.90

Masaaplicada(Kg1)

0.625 0.625 0.625 0.625 0.625 0.625 0.625 0.625 0.625 0.625

Masaaplicada(Kg2)

215 225 235 245 255 265 275 285 295 305

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Masa del cajn de friccin (kg) 0,286Masa adicional(opcional)(kg) -------Masa del sensor de fuerza(kg) 0,335Total en(kg) 0,625Normal en (kg) -------

Angulo de elevacin delCarril(opcional)

-------

V. CUESTIONARIO.

1) Calcule el coeficiente de friccin para cada valor de aceleracin y masa

aplicada, considere el siguiente cuadro.

DATO

REGIS

TRADO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.96 0.36 0.38 0.39 0.41 0.42 0.44 0.46 0.47 0.49

0.94 0.33 0.32 0.32 -1.14 -1.16 -1.53 -1.63 -1.96 -2.25

2) Calcule un promedio de de la tabla anteriorPromedio Promedio

4.34 -5.76

3) Calcule los errores absoluto, relativo y porcentual considerando los

datos experimentales de la pregunta anterior y tericos propuestos en la

tabla (1) para los coeficientes de friccin.dato 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Abs 0.02 0.03 0.06 0.07 1.55 1.58 1.97 2.09 2.43 2.74

% 2% 3% 6% 7% 155% 158% 197% 209% 243% 274%

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4) Segn usted a que debe la diferencia entre , explique.

No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento

dinmico y el esttico, pero se tiende a pensar que el esttico es algo mayor

que el dinmico, porque al permanecer en reposo ambas superficies puedenaparecer enlaces inicos, o incluso microsoldaduras entre las superficies,

factores que desaparecen en estado de movimiento. ste fenmeno es tanto

mayor cuanto ms perfectas son las superficies.

Friccin esttica (FE); es la resistencia que se debe superar para poner en

movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto.

Friccin dinmica (FD); es la resistencia, de magnitud considerada constante,

que se opone al movimiento pero una vez que ste ya comenz.

En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el esttico acta

cuando los cuerpos estn en reposo relativo en tanto que el dinmico lo hace

cuando ya estn en movimiento

5) Ser necesario considerar la friccin del conjunto con el aire

circundante?, si su respuesta es afirmativa, explique por qu?

No se considera por que el tamao del objeto es muy pequeo y la fuerza de

friccin ejercida sobre el casi es nula.

6) De qu depende el coeficiente de friccin esttico?

Los coeficientes esttico y cintico dependen exclusivamente de las

condiciones de preparacin y de la naturaleza de las dos superficies y son

casi independientes del rea de la superficie de contacto.

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7) El coeficiente de friccin, ser el mismo cuando se aplique un

lubricante entre las superficies en contacto?

Las fuerzas de roce se pueden aminorar mediante al menos tres

procedimientos: alisando las superficies en contacto, aplicando lubricante a

las superficies en contacto o dando una forma aerodinmica, para "romper" el

aire (fluido), a los objetos.

8) el coeficiente cintico vara con la velocidad?

El coeficiente, (salvo para algn material raro tipo fluidos muy viscosos o

fluidos no newtonianos) no suele variar con la velocidad.

Sin embargo, la fuerza de rozamiento S suele mostrar dependencias con la

velocidad.

9) afecta el peso del bloque a loa coeficientes de friccin?

El coeficiente de friccin de un material es el mismo para ese material, sin

importar el peso. Lo q lo puede afectar es la temperatura, la humedad, el

desgaste del material, etc.

Si aplicas la misma fuerza a dos bloques de igual material pero de distinto

peso notars q el ms pesado tomar ms tiempo en llegar al mismo punto q

el otro. La relacin entre los pesos y el tiempo te ayuda a calcular el

coeficiente de friccin.

10) El coeficiente de friccin, varia segn la temperatura del cuerpo?

a) Para grandes cargas el coeficiente de friccin se reduce rpidamente en la

medida que la carga se incrementa, en particular cerca del punto decongelamiento.

b) Para cargas pequeas el coeficiente de friccin es independiente de la

fuerza normal

c) El tamao de la fuerza friccional vara con la temperatura, con el coeficiente

de friccin esttica incrementando tres o cuatro rdenes de magnitud entre

-1C y -25C.

d) Finalmente, el coeficiente de friccin cintica es bastante menor que elesttico.

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11) La fuerza de friccin, depende de las interacciones entre las molculas

de las dos superficies?

La fuerza de friccin, f, es una interaccin que se opone al movimiento de una

superficie respecto a otra. Se genera debido a los enlaces entre las molculas

en la interface de las superficies, en aquellos lugares en que los objetos estn

en ntimo contacto.

Experimentalmente se encuentra que la fuerza de friccin depende de la

naturaleza de las dos superficies, lo que se considera en el coeficiente de

Friccin (). Tambin depende de la fuerza con que las dos superficies estn

presionadas una con la otra, es decir depende de la fuerza de contacto o

normal (N).

12) Si el mvil empleado (con superficie de corcho) se colocara sobre un plano

inclinado Cul debera ser el ngulo para el cual el cuerpo se quedara

inmvil?

13) Qu es el coeficiente de viscosidad?, tiene relacin con el coeficientede friccin?

La viscosidad de un fluido puede medirse por un parmetro dependiente de la

temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:

Coeficiente de viscosidad dinmico, designado como o . En unidades

en el SI: [] = [Pa*s] = [kgm-1s-1]; otras unidades:

1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa*s] = [10-1 kgs-1m-1]

Coeficiente de viscosidad cinemtica, designado como , y que resulta ser

igual al cociente entre el coeficiente de viscosidad dinmica y la densidad

del fluido. = /. (En unidades en el SI: [] = [m2.s -1]. En el sistema

cegesimal es el Stokes.

Se lo llama " eta " (). Este coeficiente da una idea de la fuerza que hay quehacer para " deformar " al fluido. Eta me dara algo as como la resistencia

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que opone un lquido a fluir. Vendra a ser una medida de cunto se frena el

lquido cuando circula por un cao. Cuanto ms grande sea Eta, mayor ser

el rozamiento con las paredes. O sea, este coeficiente es un nmero que da

una idea de la tendencia que tiene el lquido a pegarse a las paredes de un

cao. A mayor temperatura, el lquido es ms fluido

El coeficiente de rozamiento o coeficiente de friccin expresa la oposicin al

movimiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un

coeficiente a dimensional. Usualmente se representa con la letra griega

(mu).

El valor del coeficiente de rozamiento es caracterstico de cada par de

materiales en contacto; no es una propiedad intrnseca de un material.

VI. CONCLUSIONES:

El data estudio nos ayuda a ver los resultados que se obtiene de las

practicas que se ase

VII. RECOMENDACIONES: Utilizar equipos y materiales de ultima generacion, para que nos facilite

el aprendizaje

VIII. BIBLIOGRAFIA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton http://www.phy6.org/stargaze/Mnewton.htm

http://www.her.itesm.mx/academia/profesional/cursos/fisica_2000/Fisica1/F%C3%ADsica/ftema5_ln.html

Fsica General; Santiago Burbanode Ercilla, VV Staff, Burbano DeErcilla, Santiago / Vv.aa;EditorialTebar, pg. 86.

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