LAB 7 Fuerza de Roce

GUÍA Nº 7
FUERZA DE ROCE
1.- Introducción
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en
contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra
(fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento
(fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, especialmente
microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la
fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino
que forma un ángulo φ con la normal (el ángulo de rozamiento). Por tanto, esta
fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las superficies
en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto.
Leyes del rozamiento para cuerpos sólidos
• La fuerza de rozamiento se encuentra en la dirección de la superficie de
apoyo.
• El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de la
superficie de contacto.
• El coeficiente de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en
contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.
• La fuerza máxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza
normal que actúa entre las superficies de contacto.
• Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es mayor un instante antes
del movimiento que cuando se está en movimiento
Existen dos tipos de rozamiento o fricción, la fricción estática y la fricción
cinética
Fuerzas de fricción, Fr
Fuerzas de Fricción Estática, Fs
Fs = µs N, µs = coeficiente de fricción estático
Fuerzas de Fricción Cinética, Fc
Fc = µc N, µc = coeficiente de fricción cinético
Deducción del Coeficiente de roce estático y Coeficiente de roce
Cinético
Asignatura: Física Mecánica ZF0201
Área Ciencias Básicas
Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline
Alea P.
Fecha actualización: Otoño 2009
Coeficiente de Roce Estático
Planteo Dinámico
Siguiendo el sistema de ejes coordenados Cartesiano XY, las fuerzas se pueden
descomponer según:
N
∑F
i =1
xi
N
∑F
i =1
yi
= Psenθ − FR = 0
= − P cosθ + N = 0
pero definimos la Fuerza de Roce Estático :
FR = µ S N
reemplazando y despejando se obtiene el valor de µ S :
µ S = tan θ
coeficiente de roce estático
Coeficiente de Roce Cinético
Asignatura: Física Mecánica ZF0201
Área Ciencias Básicas
Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline
Alea P.
Fecha actualización: Otoño 2009
Planteo Dinámico
Siguiendo el sistema de ejes coordenados Cartesiano XY, las fuerzas se pueden
descomponer según:
N
∑F
i =1
xi
N
∑F
i =1
yi
= Psenθ − FR = ma
= − P cosθ + N = 0
pero definimos la Fuerza de Roce Cinético :
FR = µ C N
reemplazando y despejando se obtiene el valor de µ C :
µ C = tan θ −
µ > µC
Se desprende claramente que S
tabla de Coeficientes de Fricción.
a
g cosθ
coeficiente de roce cinético
Lo que es corroborado por la siguiente
2.- Aprendizajes Esperados
a) De acuerdo al programa de estudios
2.1.- Criterios de Evaluación
Asignatura: Física Mecánica ZF0201
Área Ciencias Básicas
Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline
Alea P.
Fecha actualización: Otoño 2009
a) Determinar el coeficiente de roce estático (µS) y cinético (µC).
3.-Materiales
a)
b)
c)
d)
e)
f)
1 tablón de madera
1 bloque de madera
1 regla metalica
Balanza
Transportador
Cronometro
4.- Actividades
4.1.- Procedimiento A
Calculo de µS
a) Construya el montaje que señala la introducción. Mueva el sistema de
soportes hasta justo antes de que el bloque comience a deslizar, calcule el
ángulo y luego µS. Realice el experimento a lo menos 7 veces y obtenga un
valor promedio de µS.
4.2.- Procedimiento B
Calculo de µC
a) Construya el montaje que señala la introducción. Disponga el sistema de
soportes hasta que naturalmente el bloque comience a deslizar, calcule el
ángulo y el tiempo que demora en recorrer una distancia que Ud. a fijado,
luego calcule µC. Realice el experimento a lo menos 7 veces y obtenga un
valor promedio de µC.
4.2.- Cálculo y Resultados
a) Compare µS con µC. ¿Cumple la relación
cada suposición que hizo.
µ S > µ C ? Justifique su respuesta y
5.- Bibliografía
1. R. Serway, Vol. I , Física, Editorial Mc Graw – Hill, 2005
2. Tipler,.Física, Editorial McGraw - Hill, 1999
3. Sears y Zemansky, Física General, Editorial Aguilar S.A. , España, 1980
Asignatura: Física Mecánica ZF0201
Área Ciencias Básicas
Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline
Alea P.
Fecha actualización: Otoño 2009