Trabajo experimental Medida del coeficiente de fricción entre dos

Trabajo experimental
Medida del coeficiente de fricción entre dos superficies
Antecedentes históricos.
La fricción permitió el desarrollo del hombre primitivo, en épocas
muy remotas, como en el año 200.000 AC cuando “inventó” la
máquina para “hacer fuego”, y las “brocas”.
Al descubrir la fricción y utilizarla para su propio bienestar
también vio la necesidad de reducirla en otros tipos de “máquinas”,
como en el torno de alfarero, utilizado para la fabricación de vasijas de
arcilla para los alimentos, en la cual, los elementos sometidos a
fricción, al girar la tabla horizontal se desgastaban y era ineludible
“lubricarlos”. En esa época para reducir la fricción se utilizaban agua,
petróleo crudo, y grasas de origen animal y vegetal principalmente.
Posteriormente el hombre de la época de las grandes civilizaciones
mostró un gran interés por reducir la fricción en movimientos de
traslación como en el caso de los egipcios en el año 2500 AC para el
transporte de piedras hasta de 200 toneladas cada una para la
construcción de monumentos y pirámides y más adelante para
reducir el desgaste de las ruedas y demás elementos utilizados en
la guerra y en la vida diaria. El hombre moderno continua con el
mismo interés de reducir al máximo la fricción, no solo en los
diferentes componentes de las máquinas que utiliza en todo
momento, sino también en su propio organismo y es así como
hoy en día se ve el reemplazo de partes del sistema óseo como
las rótulas de las caderas por materiales termoplásticos autolubricados, de larga vida y compatibles con los tejidos humanos.
Terminando la edad media ó la era del oscurantismo, y empezando el
renacimiento (año 700 DC al 1500 DC), el artista científico Leonardo
Da Vinci (1452-1519) planteó conceptualmente por primera vez, las
leyes fundamentales de la fricción, vigentes aún hoy en día, en las
cuales afirmaba que:
-
La fuerza de fricción es directamente proporcional al
coeficiente de fricción y al peso del cuerpo en movimiento.
-
La fuerza de fricción depende del área (microscópica) real
de contacto y no del área aparente del cuerpo deslizante.
En 1699 el físico francés Guillaume Amontons (1663-1705) formuló
matemáticamente las leyes de la fricción del movimiento por
deslizamiento entre dos superficies planas. Otros científicos como
Robert Hooke (1635-1703), Isaac Newton (1643-1727), Charles
Coulomb (1736-1806), y Osborne Reynolds (1842-1912) le hicieron
aportes muy importantes al tema de la fricción entre dos cuerpos
sólidos, entre estos y los fluidos y en el interior de los fluidos.
Fundamento teórico.
La fricción es la oposición que presentan las dos zonas de los
materiales en contacto, durante el inicio, desarrollo y final del
movimiento relativo entre ellas, conlleva a consumo de energía,
generación de calor, desgaste y en algunos casos a fallas catastróficas.
Los cuerpos que se mueven pueden ser sólidos, líquidos ó
gaseosos, ó una combinación de dos ó más de ellos.
Rozamiento entre superficies de dos sólidos.
En el rozamiento entre cuerpos sólidos se ha observado que son
válidos de forma aproximada los siguientes hechos empíricos: La
fuerza de rozamiento tiene dirección paralela a la superficie de apoyo.
El coeficiente de rozamiento depende exclusivamente 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 (superficies de contacto), el
rozamiento es mayor un instante antes de que comience el movimiento
que cuando ya ha comenzado (estático Vs. cinético). El rozamiento
puede variar en una medida mucho menor debido a otros factores:
1. El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente
del área de las superficies de contacto.
2. El coeficiente de rozamiento cinético es prácticamente
independiente de la velocidad relativa entre los móviles.
3. La fuerza de rozamiento puede aumentar ligeramente si los
cuerpos llevan mucho tiempo sin moverse uno respecto del
otro ya que pueden sufrir atascamiento entre sí.
La fricción se define como fuerza de fricción (F), es negativa y
se opone al movimiento traslacional y refleja qué tanta energía
mecánica se pierde cuando dos cuerpos inician el movimiento ó se
mueven entre sí y es paralela y opuesta al sentido del movimiento
(consideraremos el deslizamiento no rodamiento de una superficie
seca no lubricada sobre otra). Refleja que tan eficiente
energéticamente es el mecanismo durante su funcionamiento. La
fuerza de fricción se calcula de la siguiente ecuación:
F=µN
Tipos de fuerzas de fricción.
La fuerza de fricción, puede ser estática ó cinética.
- Fuerza de fricción estática (Fe ): La fuerza de fricción estática
(F ) es una fuerza negativa mayor que la fuerza aplicada la cual
no es suficiente para iniciar el movimiento de un cuerpo
estacionario. Se genera debido a la rugosidad microscópica de
las dos superficies, que interactúan y se entrelazan, y entre las
cuales se generan enlaces iónicos y microsoldaduras formadas
por la humedad y el oxigeno del aire.
-
Fuerza de fricción cinética (Fc ): La fuerza de fricción
cinética (F ) es una fuerza negativa que se presenta cuando
un cuerpo se mueve con respecto a otro, se opone al
movimiento y es de magnitud constante.
Objetivo.
- Medir el coeficiente de rozamiento entre dos superficies.
Materiales necesarios para realizar la práctica.
- Bloques de caras rectangulares con diferentes materiales
(hierro, aluminio, madera, icopor, etc.)
- Dinamómetro
- Cronómetro
- Masas similares pero no iguales
- Regla, papel milimetrado
Técnica operatoria.
Figura 1
Primera parte:
1. Determine el peso de cada bloque por medio del dinamómetro.
2. Ubique sobre la mesa el bloque de madera y engánchelo con
el dinamómetro.
3. Comience a halar con suavidad del dinamómetro hasta que el
bloque empiece a moverse (Figura 1). Repita el procedimiento
anterior colocando sobre el bloque diferentes masas
4. Calcule el valor de la fuerza de rozamiento mediante la
siguiente expresión y registre el valor obtenido
FUERZA DE ROZAMIENTO = LECTURA DEL DINAMOMETRO
5. Registre los datos en la siguiente tabla
FUERZA DEL BLOQUE QUE SE DESLIZA (W)
FUERZA DE ROZAMIENTO Fr
6. Realice la misma experiencia con el bloque de madera
colocado sobre la cara forrada con lija y registre los datos
obtenidos en una nueva tabla como la anterior.
7. Cuelgue el bloque y engánchelo de la parte lateral con el
dinamómetro.
8. Comience a halarlo horizontalmente de manera suave y
registre el valor que señala el dinamómetro.
Segunda parte:
1. Coloque el bloque de madera sobre el plano, y aumente
lentamente el ángulo de inclinación hasta el instante justo en el
que el bloque empiece a deslizarse.
2. Mida el ángulo mínimo para el que el bloque se desliza.
3. Elabore el diagrama de cuerpo libre y deduzca a partir de allí.
el coeficiente de rozamiento entre las superficies.
4. Compárelo con el valor obtenido en la primera parte.
5. Señale las posibles fuentes de error para los resultados
obtenidos.
6. Determine el error relativo y el absoluto.
Análisis de resultados.
1. Represente los resultados en cada tabla en una gráfica y
responda:
a. ¿Qué representa la pendiente de la recta obtenida en la
gráfica?
b. ¿Cuándo es máximo el valor de la fuerza de
rozamiento?
2. ¿Variarían los resultados si sustituyera el plano horizontal por
un plano inclinado? Justifique la respuesta
3. Determina el coeficiente de rozamiento en cada uno de los
casos.
4. Calcule el error cometido al realizar la medición.
Bibliografía.
1. Resnick Halliday Física para Estudiantes de Ciencias e
Ingeniería. Tomo I. Edición1998.
2. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/gener
al/rozamiento.htm#Explicación del origen del rozamiento por
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