FUERZA DE FRICCIÓN RESUMEN: Lo que se realizó en la práctica fue determinar el coeficiente de fricción de un bloque y una plataforma de madera; lo que primero se hizo fue poner el bloque de madera de peso (M),sobre la plataforma de madera, se inclinaba la plataforma hasta que el bloque experimentara un deslizamiento, en ese preciso instante lo que se hacía era tomar el ángulo al cual el bloque experimentó dicho movimiento; Todo el anterior procedimiento solo fue la primera parte; después para determinar el coeficiente de fricción dinámico (cuando es movido por una fuerza externa), mediante un procedimiento muy parecido al de la primera parte, se colocaba la plataforma en un ángulo ϴ con la mesa, y se ataba el bloque de madera con una cuerda hasta un porta pesas, mediante una polea que se localizaba en el extremo superior de la plataforma de madera, y lo que se hacía era colocar pesos hasta que el bloque de madera subiera a velocidad constante. INTRODUCCIÓN. Con la práctica de fuerza de fricción se dará a conocer los resultados experimentales de la fuerza de fricción cinética y estática e igualmente de otra fuerzas como lo es el peso y la tensión, las cuales se compararán con la teórica para así hallar el porcentaje de error en la práctica, dando a conocer así las posibles causas que aumentan este error y dando recomendaciones para obtener unos mejores resultados. Igualmente se representan los diagramas de cuerpo libre dando a conocer el sentido de las fuerzas que actuaban en los diferentes experimentos realizados para lograr obtener un buen resultado del coeficiente de fricción, es de resaltar la importancia de estos diagramas ya que nos ayudan a comprender la dirección de las fuerzas. Finalmente se presentan las conclusiones para dar a conocer los resultados obtenido en la experiencia. OBJETIVO Determinar el coeficiente de fricción estática y cinética de un bloque de madera. MARCO TEÓRICO La fricción es la oposición que presenta las dos zonas de los materiales en contacto, durante el inicio, desarrollo y final del movimiento entre ellas, conlleva a consumos de energía, generación de calor, desgaste y en algunos casos a fallas catastróficas . Los cuerpos que se mueven pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos o una combinación de estos. La fricción se define como fuerza de fricción (F), es negativa y se opone al movimiento trasnacional y refleja qué tanta energía mecánica se pierde cuando dos cuerpos inician el movimiento o se mueve entre si y es paralela y opuesta al sentido del movimiento. Refleja que tan eficiente enérgicamente es el mecanismo durante su funcionamiento. La fuerza de fricción se calcula utilizando la siguiente ecuación: 𝐹𝑓 = 𝜇𝑁 (1) Donde 𝜇 es el coeficiente de fricción, el cual es una constante y depende del material del objeto y de la superficie y N es la fuerza normal, la cual es la ejercida por la superficie sobre el objeto y es perpendicular a la superficie de contacto y es de igual magnitud pero en sentido contrario a la fuerza peso. Existen dos tipos de fuerza de fricción: Fuerza de fricción estática: que se produce por la interacción entre las irregularidades de las dos superficies, se incrementará para evitar cualquier movimiento relativo hasta un límite donde ya empieza el movimiento. Ese umbral del movimiento, está caracterizado por el coeficiente de fricción estática. El coeficiente de fricción estática, es típicamente mayor que el coeficiente de fricción cinética. Fuerza de fricción cinética: se presenta cuando se rompe el estado de reposo y el cuerpo inicia un movimiento. La magnitud de la fuerza de rozamiento cinético disminuye y se define como la fuerza que se opone al movimiento de los cuerpos que están en contacto y su magnitud es directamente proporcional a la fuerza normal. Para diferenciar entre estas dos variaciones dela fuerza de fricción se utiliza el coeficiente de fricción (𝜇), el cual se despeja de la ecuación 1 y tenemos: 𝜇𝑠 = 𝐹 𝑁 𝜇𝑘 = (2) 𝐹 (3) 𝑁 Donde 𝜇𝑠 es el coeficiente de fricción estática y 𝜇𝑘 el coeficiente de fricción cinética. ANÁLISIS. La práctica para determinar el coeficiente de fricción estático se puede representar con el siguiente diagrama de fuerzas: N F. ap 𝐹𝑓 𝜔 Donde F. ap que es la fuerza aplicada fue medida con dinamómetro en cinco ocasiones para realizar un promedio y tener un resultado más preciso, los resultados de esta fueron: 140gF; 140gF ; 120gF ; 140GgF ; 120gF , teniendo así que esta fue de 132gF, y el peso del bloque de madera es 310gF con esto podemos analizar las fuerzas que afectan al cuerpo en el eje “x” ya que en el eje “y” no se ve afectado: ∑ 𝐹𝑥 = 𝐹. 𝑎𝑝 − 𝐹𝑓 = 0 𝐹. 𝑎𝑝 − 𝜇𝜔 = 0 𝜇= 𝐹. 𝑎𝑝 𝜔 𝜇𝑠 132𝑔𝐹 = 310𝑔𝐹 = 0,43 Posteriormente se determinó la fuerza que debía ser aplicada para que el cuerpo mantuviera una velocidad constante y esta fue de 75gF, con esto se determinó el coeficiente de fricción cinética: 𝜇𝑘 = 75𝑔𝐹 310𝑔𝐹 = 0,24 Para una mayor certeza en el coeficiente de fricción cinético se realiza un sistema, como el presentado a continuación: N + N N 𝐹𝑓 T T 𝜔 𝐹. 𝑎𝑝 = 𝜔𝑦 ∑ 𝐹𝑥 = 𝑇 − 𝐹𝑓 = 0 → 𝑇 = 𝐹𝑓 ∑ 𝐹𝑦 = 𝑇 − 𝐹. 𝑎𝑝 = 0 → 𝑇 = 𝐹. 𝑎𝑝 𝐹𝑓 = 𝐹. 𝑎𝑝 𝜇𝜔 = 𝐹. 𝑎𝑝 𝜇= 𝐹. 𝑎𝑝 𝜔 En este experimento la fuerza aplicada (F.ap) es determinada por el peso que se iba agregando, en nuestro caso tuvimos que agregar 80g, teniendo así: 𝜇= 784 𝑑𝑖𝑛 = 0,26 3038 𝑑𝑖𝑛 Se da en dinas dado que se trabajan con gramos, entonces hay que determinar la fuerza peso ejercida por esos 80g, que se halla al multiplicarlo por 9,8m/s^2 e igualmente se hace con el peso del bloque. Igualmente se determina experimentalmente el ángulo en el cual el bloque se deslizaba con una aceleración constante siendo este de 14°, teníamos el siguiente plano inclinado: Ff N + N N 𝜃 Teniendo en cuenta la ecuación (1) tenemos: 𝐹𝑓 = 𝜇𝑁 → 𝐹𝑓 = 𝜇 ∗ 𝜔𝑦 → 𝐹𝑓 w= 𝜇 ∗ 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 + Y la sumatoria de fuerzas en el eje “x”: N N ∑ 𝐹𝑥 = − 𝐹𝑓 + 𝜔𝑥 = 0 → −(− 𝐹𝑓 + 𝜔𝑥) = 0 → 𝐹𝑓 − 𝜔𝑥 = 0 → 𝐹𝑓 = 𝜔𝑥 𝜇 ∗ 𝜔 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 = 𝜔 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝜃 → 𝜇 = 𝜔∗𝑠𝑒𝑛𝜃 𝜔∗𝑐𝑜𝑠𝜃 → 𝜇𝑘 = 𝑡𝑎𝑛𝜃 𝜇𝑘 = tan 14 = 0,25 Y finalmente para determinar el peso experimental del bloque de madera se determina la fuerza necesaria para ascender y descender por un plano con una inclinación de 35° con una velocidad constante. Con esto tenemos que la fuerza 1 (F1) es la fuerza requerida para que el bloque ascienda por el plano con una velocidad constante, y esta es igual a 260gF y la fuerza necesaria para que el bloque descienda es 110gF, teniendo estos datos podemos utilizar la fórmula recomendada por el docente: 𝑤= 𝐹1 + 𝐹2 260𝑔𝐹 + 110𝑔𝐹 → = 226𝑔𝐹 2 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜃 2 ∗ 𝑐𝑜𝑠35° Siendo este el peso experimental utilizado para hallar el porcentaje de error con respecto al peso teórico que fue el obtenido por el dinamómetro (310gF) 𝐸% = 𝑑𝑎𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑑𝑎𝑡𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 310 − 226 ∗ 100% = ∗ 100% = 27.1% 𝑑𝑎𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 310 Observando que el porcentaje de error es relativamente alto, se puede concluir que el error observado es sistemático ya que el dinamómetro estaba mal calibrado. CONCLUSIONES. El coeficiente de fricción está dado por µ, donde este puede ser cinético o estático, y el coeficiente de rozamiento cinético de un cuerpo con la superficie de un plano inclinado, es igual a la tangente del ángulo con que el cuerpo se desliza sin aceleración, con velocidad constante. El coeficiente estático en un plano inclinado también depende de la tangente del ángulo. 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 El empleo del dinamómetro tiene una gran Influencia en los resultados ya que al momento de hallar la fuerza de fricción cinética y estática, este tiene que estar equilibrado , bien horizontal o vertical para que el resultado no tenga ángulos que alteran las medidas Se observó la diferencia entre la fricción estática y cinética 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
