PRACTICA DE LABORATORIO FUERZAS DE ROZAMIENTO EN UN PLANO INCLINADO

OBJETIVO

Determinar cómo influye la fuerza de fricción en el movimiento sobre el plano inclinado.

Medir el coeficiente de fricción estático y dinámico entre dos superficies.

MATERIALES

Un plano inclinado en madera. Un bloque con diferentes tipos de superficies

(Madera – madera) (Lija – madera) Juego de masas

TEORIA

Siempre que trata de moverse un objeto sobre una superficie, aparece una fuerza de fricción (estática). El valor de esta fuerza depende de la naturaleza y características de las superficies en contacto y de la fuerza normal entre ellas. En general se puede decir que:

Fe ≤ µ: N

Donde µ, es el coeficiente de fricción estática y N el valor de la fuerza normal. Esta relación significa que la fuerza de fricción varia entre 0 y µ, N. El signo de igualdad solo se aplica en el caso en que Fe tenga su valor máximo; este se da justamente en el momento en que el cuerpo sale del reposo.

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

Fr=μ N

El coeficiente de fricción estática µ, solo depende de las superficies en contacto (material, grado de pulimento, etc.).

Coeficiente fricción estática:

Del diagrama de cuerpo libre de la figura 1 se tiene que,

m1g sen (θ )−F r=0

N=m1 gcos(θ)

Y por lo tanto el coeficiente de fricción estático queda,

μe=tan(θ)

Siendo θ el ángulo mínimo para que el bloque se ponga en movimiento con respecto al plano.

Coeficiente fricción dinámica:

Del diagrama de cuerpo libre de la figura 2, cuando m1se mueve hacia arriba del plano inclinado con velocidad constante, se tiene que

m2g−m1g sen (α )−F f=0 (1)

Siendo m2 la masa mínima necesaria para que el cuerpo se mueva hacia arriba con velocidad constante. Cuando el m2 se mueve hacia abajo del plano con velocidad constante, se tiene que

−m2g+m1 gsen (α )−F f=0 (2)

Siendo m2 la masa necesaria para que el cuerpo se mueve hacia abajo con velocidad constante. De las anteriores ecuaciones se obtiene que el coeficiente de fricción dinámico μd quede,

μd=m2−m22m1 cosα

(3)Igualando F f en las ecuaciones anteriores (1) y (2), la primera y la segunda, se obtiene la siguiente relación:

m1 senα=m2+m22

(4)

Combinando las ecuaciones (3) y (4) y si el ángulo a= 45° queda que,

μd=m2−m2m2+m2

PRECAUCIONES

Procure garantizar que las superficies no tengan grasa ni aceite que estén muy limpias.

La mesa debe estar totalmente nivelada.

Para las diferentes medidas coloque el bloque siempre en el mismo sitio de la tabla.

PROCEDIMIENTO

Movimiento Estático

Realizar el montaje de la figura 1, coloque el plano bajo un ángulo pequeño y en cualquier punto del plano coloque el bloque. Haga variar el ángulo hasta conseguir que el cuerpo inicie el movimiento. En estas condiciones halle el valor del ángulo.

Repita el experimento (para el mismo cuerpo) al menos 5 veces. Llene la tabla 1. Encuentre el promedio del ángulo.

Haga variar la masa del cuerpo que resbala (colocando pesas sobre él) y repita el procedimiento.

Movimiento Dinámico

Pese y anote la masa m1.

Realice el montaje de la figura 2, la inclinación debe ser de 45°.

Coloque masa m2 (para cada masa proporcione una pequeña sacudida) hasta que el bloque se mueva con velocidad constante hacia arriba, anote este valor.

Modifique la masa m2 hasta que el bloque se mueva hacia abajo con velocidad constante, anote este valor como m2. Tabla 2.

DISEÑO O MONTAJE DEL EXPERIMENTO

La figura 1 ilustra el montaje experimental que corresponde al coeficiente de fricción estático.

Figura 1. Sistema experimental

La figura 2 muestra el montaje experimental correspondiente al coeficiente de fricción dinámico, la dirección de la fuerza de fricción depende de si el movimiento es de ascenso o descenso por la rampa.

Figura 2. Sistema experimental.

REGISTRO Y TOMA DE DATOS

Movimiento estático:

m1=θ m2=θ m3=θ m4=θ m5=θ

θ promedio

Qué concluye?:

Calcule el valor del coeficiente de fricción estático (explique su resultado):

Movimiento dinámico:

m1 m2 m3

Calcule el valor del coeficiente de fricción dinámico:

PREGUNTAS

1. ¿Por qué el coeficiente de fricción estático no permanece constante cuando se realizan varias mediciones con cada cuerpo?.

2. Qué efecto tiene el área de la superficie y el peso del cuerpo en el coeficiente de fricción estático?. En el de fricción dinámico?.

3. Qué efecto tendrá la polea en la precisión del coeficiente de fricción dinámico?