INFORME FRICCION

INFORME DE LABORATORIO

“FRICCIÓN”

CLARA MILENA PICO RODRIGUEZ 20112079106

CAMILA ALEJANDRA MEJÍA GUZMÁN 20112079107

CAMILO LEMUS AVILA 20112079030

ÉDGAR HORACIO RUEDA MUÑOZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

FÍSICA NEWTONIANA

BOGOTÁ D.C

2012

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CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 3

1. MARCO TEÓRICO 4

2. PROCEDIMIENTO 9

3. TABLAS DE REGISTRO 10

4. FORMULAS UTILIZADAS 13

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS 14

6. ANÁLISIS 17

7. APLICACIÓN 19

8. ANEXO 19

CONCLUSIONES 21

BIBLIOGRAFIA 22

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INTRODUCCIÓN

El deslizamiento de un cuerpo sobre la superficie de otro se le llama fuerza de fricción o roce por deslizamiento, la causa principal radica en que las superficies de los cuerpos en contacto no son completamente lisas, sino más o menos ásperas. La fuerza de rozamiento alcanza su valor máximo en el momento en que comience a moverse uno de los cuerpos. Cuando aparece la fuerza de rozamiento el reposo relativo de un cuerpo se le llama fuerza de fricción estática, y cuando la fuerza de rozamiento actúa durante el deslizamiento de un cuerpo se llama fuerza de fricción cinética. Para dejar más claro el concepto de lo que es roce se dice que es la fuerza que se opone al movimiento y por ello en los diagramas se expresa con sentido opuesto al deslizamiento de un cuerpo sobre el plano.

En esta práctica de laboratorio pretendemos investigar la fricción y medir los coeficientes de fricción de algunos materiales. Además, analizar cómo se relaciona el ángulo de inclinación, con la fuerza de fricción y el coeficiente de fricción que adquieren dichos materiales, estando sobre un plano inclinado.

Mediante este informe presentamos diferentes mediciones de coeficientes de rozamiento y análisis de la fricción de diferentes materiales; como lo son la gamuza, lija, formica y madera. Para lo cual fue necesaria la implementación del ticómetro, el transportador, un plano inclinado y un objeto el cual contenía adheridos los materiales mencionados anteriormente.

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1. MARCO TEÓRICO

FUERZA DE ROZAMIENTO O FRICCIÓN

Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a 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).

TIPOS DE ROZAMIENTO O FRICCIÓN

Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática (FE) y la fricción dinámica (FD). El primero es la resistencia que se debe superar para poner en movimiento un cuerpo con respecto a otro que se encuentra en contacto. El segundo, es la resistencia, de magnitud considerada constante, que se opone al movimiento pero una vez que éste ya comenzó. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el estático actúa cuando los cuerpos están en reposo relativo en tanto que el dinámico lo hace cuando ya están en movimiento.

La fuerza de fricción estática, necesaria para vencer la fricción homóloga, es siempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (número medido empíricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por la fuerza normal. La fuerza cinética, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento dinámico, denotado por la letra griega , por la normal en todo instante.

No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinámico y el estático, pero se tiende a pensar que el estático es algo mayor que el dinámico, porque al permanecer en reposo ambas superficies pueden aparecer enlaces iónicos, o incluso micro soldaduras entre las superficies, factores que desaparecen en estado de movimiento. 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 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.

Un ejemplo bastante común de fricción dinámica es la ocurrida entre los neumáticos de un auto y el pavimento en un frenado abrupto.

Como comprobación de lo anterior, se realiza el siguiente ensayo, sobre una superficie horizontal se coloca un cuerpo, y le aplica un fuerza horizontal F, muy pequeña en un principio, se puede ver que el cuerpo no se desplaza, la fuerza de rozamiento iguala a la fuerza aplicada y el cuerpo permanece en reposo, en la gráfica se representa en el eje horizontal la fuerza F aplicada, y en el eje vertical la fuerza de rozamiento Fr.

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Entre los puntos O y A, ambas fuerzas son iguales y el cuerpo permanece estático; al sobrepasar el punto A el cuerpo súbitamente se comienza a desplazar, la fuerza ejercida en A es la máxima que el cuerpo puede soportar sin deslizarse, se denomina Fe o fuerza estática de fricción; la fuerza necesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado el desplazamiento es Fd o fuerza dinámica, es menor que la que fue necesaria para iniciarlo (Fe). La fuerza dinámica permanece constante.

Si la fuerza de rozamiento Fr es proporcional a la normal N, y a la constante de proporcionalidad se la llama :

Y permaneciendo la fuerza normal constante, se puede calcular dos coeficientes de rozamiento: el estático y el dinámico como:

Donde el coeficiente de rozamiento estático corresponde al de la mayor fuerza que el cuerpo puede soportar inmediatamente antes de iniciar el movimiento y el coeficiente de rozamiento dinámico corresponde a la fuerza necesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado.

ROZAMIENTO ESTATICO

Si sobre una línea horizontal r, se tiene un plano inclinado un ángulo , y sobre este plano inclinado se coloca un cuerpo con rozamiento, se tendrán tres fuerzas que intervienen:

P: el peso del cuerpo vertical hacia abajo según la recta u, y con un valor igual a

su masa por la aceleración de la gravedad: P = mg.

N: la fuerza normal que hace el plano sobre el cuerpo, perpendicular al plano

inclinado, según la recta t

Fr: la fuerza de rozamiento entre el plano y

el cuerpo, paralela al plano inclinado y que

se opone a su deslizamiento.

Si el cuerpo está en equilibrio, no se desliza, la suma vectorial de estas tres fuerzas es cero:

Lo que gráficamente seria un triángulo cerrado formado por estas tres fuerzas, puestas una a continuación de otra, como se ve en la figura.

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Si el peso P del cuerpo se descompone en dos componentes: Pn, peso normal, perpendicular al plano, que es la componente del peso que el plano inclinado soporta y Pt, peso tangencial, que es la componente del peso tangencial al plano inclinado y que tiende a desplazar el cuerpo descendentemente por el plano inclinado. Se puede ver que el Pn se opone a la normal, N, y el peso tangencial Pt a la fuerza de rozamiento Fr.

Se puede decir que el Pn es la fuerza que el cuerpo ejerce sobre el plano inclinado y la normal, N, es la fuerza que el plano inclinado hace sobre el cuerpo impidiendo que se hunda, Pn = N para que este en equilibrio. El peso tangencial Pt es la fuerza que hace que el cuerpo tienda a deslizarse por el plano y Fr es la fuerza de rozamiento que impide que el cuerpo se deslice, para que este en equilibrio Pt = Fr.

Cuando el cuerpo está en equilibrio estas dos ecuaciones determinan la igualdad

de fuerzas, también es necesario saber que:

y que la descomposición del peso es:

Con lo que se determinan las condiciones del equilibrio de un cuerpo en un plano inclinado con el que tiene fricción. Es de destacar la siguiente relación:

Haciendo la sustitución de N:

Que da finalmente como resultado:

El coeficiente de rozamiento estático es igual a la tangente del ángulo del plano inclinado, en el que el cuerpo se mantiene en equilibrio sin deslizar, ello permite

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calcular los distintos coeficientes de rozamiento, simplemente colocando un cuerpo de un material concreto sobre un plano inclinado del material con el que se pretende calcular su coeficiente de rozamiento, inclinando el plano progresivamente se observa el momento en el que el cuerpo comienza a deslizarse, la tangente de este ángulo es el valor del coeficiente de rozamiento. Del mismo modo conocido el coeficiente de rozamiento entre dos materiales podemos saber el ángulo máximo de inclinación que puede soportar sin deslizar.

ROZAMIENTO CINÉTICO O DINÁMICO

En el caso de rozamiento dinámico en un plano inclinado, se tiene un cuerpo que se desliza, y siendo que está en movimiento, el coeficiente que interviene es el dinámico , así como una fuerza de inercia Fi, que se opone al movimiento, el equilibrio de fuerzas se da cuando:

Descomponiendo los vectores en sus componentes normales y tangenciales se tiene:

Teniendo en cuenta que:

Y como en el caso de equilibrio estático, se tiene:

Con estas ecuaciones se determina las condiciones de equilibrio dinámico del cuerpo con fricción en un plano inclinado. Si el cuerpo se desliza sin aceleración (a velocidad constante) su fuerza de inercia Fi será cero, y se puede ver que:

Esto es, de forma semejante al caso estático:

Con lo que se puede decir que el coeficiente de rozamiento dinámico de un cuerpo con la superficie de un plano inclinado, es igual a la tangente del ángulo

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del plano inclinado con el que el cuerpo se desliza sin aceleración, con velocidad constante, por el plano.

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2. PROCEDIMIENTO

TABLA # 2

Peso cubo= 0.7 N μ=F fricciónN

LIJA

Fuerza de fricción cinética = 0.23N

μ=0.23N0.7N

=0.32

FORMICA


μ=0.15N0.7N

=0.21

MADERA


μ=0 .18N0.7N

=0 .25

GAMUZA


μ=0.18N0.7N

=0.26

TABLA # 3

μ=tanα

MOVIMIENTO LIJA FORMICA MADERA GAMUZA

ESTÁTICO

μ=tan 40.5 °

μ=0.85

μ=tan 24.5 °

μ=0.45

μ=tan 19,16 °

μ=0.34

μ=tan 23.6 °

μ=0.43

CINÉTICO

μ=tan 21.3 °

μ=0.

μ=tan 16.6 °

μ=0.29

μ=tan 16 °

μ=0.28

μ=tan 17 °

μ=0.30

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3. TABLAS DE REGISTRO

TABLA #1

DESCRIPCIÓN

OBJETO CUBO CUBO CUBO CUBO

SUPERFICIE LIJA FORMICA MADERA GAMUZA

TABLA #2

LIJA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7

FUERZA DE FRICCION CINETICA

(N)

1 2 3 Promedio

0.3 0.2 0.2 0.23

FORMICA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.1 0.15 0.2 0.15

10

MADERA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.15 0.19 0.20 0.18

GAMUZA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.20 0.15 0.20 0.18

TABLA # 3

LIJA

MOVIMIENTO ÁNGULO (Grados) μ=tan∞

ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.8533° 45° 43.5° 40.5°

CINÉTICO1 2 3 Promedio

0.3920° 22° 22° 21.35°

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FORMICA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.4526° 23.5° 24° 24.5°


0.2915° 18° 17° 16.6°

MADERA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.3422° 17° 18.5° 19.16°


0.2816.5° 16° 15.5° 16°

GAMUZA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.4324° 23.8° 23° 23.6°


0.3016,5° 17.5° 17° 17°

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4. FORMULAS UTILIZADAS

μ=f ff ↓

=f w sin∞

f w cos∞=tan ∞

F fricción=μ∗N

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5. CALCULOS Y RESULTADOS

TABLA #2

LIJA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.3 0.2 0.2 0.23 0.32

FORMICA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.1 0.15 0.2 0.15 0.21

MADERA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.15 0.19 0.20 0.18 0.25

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GAMUZA

PESO DEL OBJETO (N)

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7


(N)

1 2 3 Promedio

0.20 0.15 0.20 0.18 0.25

TABLA # 3

LIJA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.8533° 45° 43.5° 40.5°


0.3920° 22° 22° 21.35°

FORMICA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.4526° 23.5° 24° 24.5°


0.2915° 18° 17° 16.6°

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MADERA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.3422° 17° 18.5° 19.16°


0.2816.5° 16° 15.5° 16°

GAMUZA


ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.4324° 23.8° 23° 23.6°


0.3016,5° 17.5° 17° 17°

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6. ANALISIS

1. Explique una diferencia entre los valores de los coeficientes de fricción estática y cinética.

Los coeficientes de fricción cinética son menores, porque el ángulo de inclinación para producir el movimiento será menor al aplicar una fuerza externa al objeto o, al este estar en movimiento a velocidad constante.

2. ¿Son iguales los valores para µcinetica de las preguntas 1 y 3? Explique cualquier diferencia.

Los valores del coeficiente de fricción cinética no son iguales, éstos difieren debido a varios factores como:

La toma de datos; el encargado de aplicar la fuerza externa para producir el movimiento. La velocidad constante para calcular la fuerza de fricción cinética.

El estado de los materiales. El número de decimales utilizados en los cálculos.

3. Un ladrillo se coloca con su mayor superficie en contacto con un plano inclinado. Cuando el plano se inclina en un cierto ángulo con la horizontal, el ladrillo empieza a deslizarse. En este momento debe medirse el ángulo β del plano con la horizontal. Después el ladrillo se voltea sobre uno de sus bordes más estrechos, se inclina el plano y se vuelve a medir β. Diga en qué casos habrá una diferencia entre los ángulos medidos. Explique su respuesta en términos de la ecuación para la fuerza de fricción. ¿El coeficiente de fricción estática es afectado por el área por el área de contacto entre las superficies?

Los casos en el que el ángulo de inclinación sea diferente serán a causa de fuerzas externas que intervengan en el movimiento del ladrillo. Si no hay presencia de fuerzas externas, no habrá cambio de ángulo de inclinación.

En la ecuación F fricción=μ∗N

Se entiende que al momento de despejar a μ=F fricciónN

al considerar que la

fuerza de fricción es constate en los dos casos, debido a que solo se deja deslizar el objeto. Y que la normal seria igual a la componente respectiva del peso del ladrillo siendo constante para los dos casos, sin importar la forma en la que el objeto se deslizo. A partir de esta ecuación explicamos por qué el coeficiente de fricción no se afecta por el área de contacto.

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4. Se coloca un ladrillo sobre un plano inclinado, que se inclina en un ángulo con la horizontal hasta que el ladrillo empieza a deslizarse. Se mide el ángulo α con respecto a la horizontal. Después el ladrillo se envuelve en papel de cera y se coloca sobre el plano. Éste se inclina y se mide de nuevo α. Prediga en qué casos habrá una diferencia entre los ángulos medidos. Explique.

En el caso del ladrillo sabemos que este es fabricado por un material rugoso, dando a entender que posee un coeficiente de fricción considerable; al ser comparado con el papel cera que es mas suave, es decir, posee menos rugosidad, con un coeficiente menor al momento de hacer contacto con el plano inclinado.

De esta manera al leer el ángulo de inclinación del ladrillo este ángulo será mayor, debido a que necesita una inclinación considerable para que el objeto se deslice. En el momento que el ladrillo es forrado en papel cera, al hacer que se deslice, el ángulo de inclinación será menor en comparación con el anterior siendo más fácil el deslizamiento del objeto con el forraje de este material.

5. De acuerdo con sus respuestas a las dos preguntas previas, determine que factores afectan la fuerza de fricción.

Factores afectan la fuerza de fricción.

- Angulo de inclinación

- Coeficiente de fricción

- La fuerza normal que actúa en el objeto

- La superficie por la cual se realiza el movimiento

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7. APLICACIÓN

Al buscar un nuevo juego de llantas para su automóvil, usted encuentra un anuncio que ofrece dos marcas de llantas, la x y la Y, al mismo precio. La marca X tiene un coeficiente de fricción sobre pavimento seco de 0.90 y de 0.15 sobre pavimento mojado. La marca Y tiene un coeficiente de fricción sobre pavimento seco de 0.88 y sobre pavimento mojado de 0.45. Si usted vive en un área con altos niveles de precipitación, ¿Qué llanta le brindaría mejor servicio? Explique.

Siendo el caso en el que viviera en una zona de altos niveles de precipitación, la llanta y me sería más útil ya que al tener mayor coeficiente de fricción en el pavimento mojado, las llantas tendrán mejor adherencia al pavimento y me brindarían mayor seguridad.

8. ANEXO

Mediante el empleo de otro objeto, mida su peso y la fuerza necesaria para que se deslice a lo largo de una superficie horizontal a una velocidad constante. Registre la información en una tabla de datos similar a la tabla 2. Calcule el coeficiente de fricción cinética. Puesto que = tan, encuentre el ángulo. Estime el ángulo en el cual empezaría el deslizamiento a velocidad constante. Empleando este valor como su predicción, eleve con lentitud el plano inclinado mientras empuja ligeramente el objeto. Registe el ángulo en el cual el objeto empieza a deslizarse a velocidad constante.

OBJETO: CARTUCHERA

PESO DEL OBJETO (N)

0.75 0.75 0.75 0.75

FUERZA DE FRICCIÓN CINÉTICA

(N)

1 2 3 Promedio

0.1 0.3 0.2 0.2


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ESTÁTICO

1 2 3 Promedio

0.4425° 23° 24° 24°

CINÉTICO 1 2 3 Promedio 0.33

20° 17.5° 18° 18.5°

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CONCLUSIONES

Durante el desarrollo y el análisis de la práctica se pudo comprobar que la fuerza de rozamiento está sujeta a distintos factores que se encuentran en la superficie y en el entorno en el cual se encuentra el objeto analizado, como se pudo observar anteriormente la fuerza de rozamiento es proporcional a estos factores. De esta manera se forman los dos tipos de fuerzas de rozamiento; la cinética y la estática. Los cuales explican diferentes sucesos que ocurren a diario en nuestro entorno; como por ejemplo cuando movemos un objeto , cuando frena un automóvil que se encuentra en movimiento, o simplemente cuando caminamos.

Hemos comprobado también que el coeficiente de fricción estática es mayor que el de fricción cinética.

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BIBLIOGRAFÍA

DEFINICIÓN.DE. Fricción [En línea]. < http://www.sabelotodo.org/fisica/rozamiento.html>

DEFINICIÓN.DE. La fuerza de fricción [En línea].

< http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n>

DEFINICIÓN.DE. Leyes de newton [En línea].

< http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.>

DEFINICIÓN.DE. Cinemática [En línea].

< http://es.wikipedia.org>

DEFINICIÓN.DE. Segunda Ley De Newton [En línea].

< http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html>

22

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html

http://es.wikipedia.org/

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http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n

http://www.sabelotodo.org/fisica/rozamiento.html

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