UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERA QUMICAEscuela Profesional de Ingeniera Qumica

ASIGNATURA: LABORATORIO DE FISICA GRUPO HORARIO: 92G

INFORME FRICCION EN SOLIDOS:

PRESENTADO POR: Toro Rojas Luis De Jess 1316110014 Ruiz Tapia Marcela 1316130037 Leyva Mayo Naomi

BELLAVISTA 9 DE JUNIO DEL 2014

INDICE

I INTRODUCCION.. 2II MARCO TEORICO... 3III OBJETIVOS 13IV MATERIALES Y EQUIPOS. 14V PROCEDIMIENTO 15VI CUESTIONARIO.. 17VII CONCLUSIONES. 22VIII BIBLIOGRAFIA 23IX ANEXOS 24

I INTRODUCCION :

En la siguiente experiencia se elabor dos casos realizados en el laboratorio, estos casos corresponden a ROZAMIENTO ENTRE SLIDOS El rozamiento o friccin es el producto de la interaccin de dos superficies que entran en contacto y que impide el fcil desplazamiento de una de estas que intente deslizarseCon los datos brindados se calcul los coeficientes de friccin en los casos correspondientes.Las prcticas en los laboratorios son esenciales para nosotros en nuestro proceso de aprendizaje pues ya que debemos tener una buena formacin para hacer bien nuestra labor de futuros formadores y sobre todo de una ciencia tan amplia e importante como lo es la fsica.

La fsica es una ciencia que se presta para ensearse en laboratorios, lo que hace que se aprenda de forma Emprica aprendiendo de acuerdo a las experiencias que vivimos y esto facilita el aprendizaje. Como est se presta para realizar laboratorios veremos a continuacin una prctica experimental donde el objetivo principal es medir el coeficiente de rozamiento entre dos superficies.

La fuerza de friccin depende del rea (microscpica) real de contacto y no del rea aparente del cuerpo deslizante.En 1699 el fsico francs Guillaume Amontons (1663-1705) formul matemticamente las leyes de la friccin del movimiento por deslizamiento entre dos superficies planas. Otros cientficos 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 friccin entre dos cuerpos slidos.

II MARCO TEORICO :

Cuando un objeto est en movimiento ya sea sobre una superficie o en un medio viscoso como aire o agua. Existe resistencia al movimiento porque el objeto interacta con su entorno. A tal resistencia se le llama fuerza de friccin.Las fuerzas de friccin son muy importantes en la vida cotidiana. Permiten que uno camine o corra y son necesarias para el movimiento de los vehculos con ruedas. Se imagina que se tiene un bote de basura.

Cuando se jala el bote de basura, la direccin de la fuerza de friccin fentre el bote y una superficie rugosa es opuesta a la direccin de la fuerza aplicada F

Si se aplica una fuerza horizontal externa F, que acta hacia la derecha, el bote de basura permanece fijo cuando F es pequea.La fuerza sobre el cuerpo que contraataca a la fuerza F y evita que se mueva acta hacia la izquierda y se llama fuerza de friccin esttica fs;entantoelcuerpo no se muevafs=F Porlos tanto, si F aumenta fs, tambin aumenta. Del mismo modo, si F disminuye, fs tambin disminuye. Los experimentos muestran que la fuerza de friccin surge de la naturaleza de las dos superficies: debido a su rugosidad, el contacto se realiza slo en unas cuantas posiciones donde se tocan los picos del material, como se muestra en la vista amplificada de la superficie en la figura a.En dichas posiciones, la fuerza de friccin surge en parte porque un pico fsicamente bloquea el movimiento de un pico de la superficie opuesta y en parte por los enlaces qumicos (punto de soldadura) de picos opuestos conforme entran en contacto. Aunque los detalles de la friccin son muy complejos a nivel atmico, esta fuerza involucra. A final de cuentas una interaccin elctrica entre tomos o molculas.Si se aumenta la magnitud de F como en la figura, el bote de basura se mueve yAcelera hacia la derecha. A la fuerza de friccin para un objeto en movimiento sele llama fuerza de friccin cintica fk, cuando el cuerpo est en movimiento, la fuerza de friccincintica en elcuerpo esmenor que fs mx.De la figura c,la fuerza neta F-fk en la direccin x produce una aceleracin a la derecha, de acuerdo con la segunda ley de newton. Si F=fk la aceleracin es cero y el bote de basura se mueve hacia la derecha con rapidez constante. Si la fuerza aplicada Fse elimina del cuerpo en movimiento, la fuerza de friccin fk que acta hacia la izquierda proporciona una aceleracin del cuerpo en la direccin y al final lo lleva al reposo, lo que, de nuevo, es consistente con la segunda ley de newton.

Ecuaciones de friccinLas dos ecuaciones no son ecuaciones vectoriales. Son correspondencias entre las magnitudes de los vectores que representan las fuerzas de friccin y normal. Puesto que las fuerzas de friccin y normal son mutuamente perpendiculares, los vectores no se pueden relacionar mediante una constante multiplicativa.La direccin de la fuerza de friccin.En ocasiones se hace un enunciado incorrecto acerca de la fuerza de friccin entre un objeto y una superficie(la fuerza de friccin en un objeto es opuesta a su movimiento o el movimiento inminente) en lugar de la frase correcta la fuerza de friccin en un objeto es opuesta a su movimiento o al movimiento inminente en relacin con la superficie

Existen dos tipos de rozamiento o friccin, lafriccin esttica(FE) y lafriccin dinmica(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 ste ya comenz. En resumen, lo que diferencia a un roce con el otro, es que el esttico acta cuando los cuerpos estn en reposo relativo en tanto que el dinmico lo hace cuando ya estn en movimiento.La fuerza de friccin esttica, necesaria para vencer la friccin homloga, es siempre menor o igual al coeficiente de rozamiento entre los dos objetos (nmero medido empricamente y que se encuentra tabulado) multiplicado por lafuerza normal. La fuerza cintica, en cambio, es igual al coeficiente de rozamiento dinmico, denotado por la letra griega, por la normal en todo instante.No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinmico y el esttico, pero se tiende a pensar que el esttico es algo mayor que el dinmico, porque al permanecer en reposo ambas superficies pueden aparecer enlaces inicos, o incluso micro soldaduras entre las superficies, factores que desaparecen en estado de movimiento. ste fenmeno es tanto mayor cuanto ms perfectas son las superficies. Un caso ms o menos comn es el del gripaje de un motor por estar mucho tiempo parado (no slo se arruina por una temperatura muy elevada), ya que al permanecer las superficies, del pistn y la camisa, durante largo tiempo en contacto y en reposo, pueden llegar a soldarse entre s.Un ejemplo bastante comn de friccin dinmica es la ocurrida entre los neumticos de un auto y el pavimento en un frenado abrupto.

Como comprobacin de lo anterior, se realiza el siguiente ensayo, sobre una superficie horizontal se coloca un cuerpo, y le aplica un fuerza horizontalF, muy pequea 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 grfica se representa en el eje horizontal la fuerzaFaplicada, y en el eje vertical la fuerza de rozamientoFr.Entre los puntosOyA, ambas fuerzas son iguales y el cuerpo permanece esttico; al sobrepasar el puntoAel cuerpo sbitamente se comienza a desplazar, la fuerza ejercida enAes la mxima que el cuerpo puede soportar sin deslizarse, se denominaFeo fuerza esttica de friccin; la fuerza necesaria paramantenerel cuerpo en movimiento una vez iniciado el desplazamiento esFdo fuerza dinmica, es menor que la que fue necesaria para iniciarlo (Fe). La fuerza dinmica permanece constante.Si la fuerza de rozamientoFres proporcional a la normalN, y a la constante de proporcionalidad se la llama:

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

Donde elcoeficiente de rozamiento estticocorresponde al de la mayor fuerza que el cuerpo puede soportar inmediatamente antes de iniciar el movimiento y elcoeficiente de rozamiento dinmicocorresponde a la fuerza necesaria para mantener el cuerpo en movimiento una vez iniciado.Friccin esttica

Es la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento. Sobre un cuerpo en reposo al que se aplica una fuerza horizontalF, intervienen cuatro fuerzas:F: la fuerza aplicada.Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento.P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleracin de la gravedad.N: la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo sostenindolo.Dado que el cuerpo est en reposo la fuerza aplicada y la fuerza de rozamiento son iguales, y el peso del cuerpo y la normal:

Se sabe que el peso del cuerpoPes el producto de su masa por la aceleracin de la gravedad (g), y que la fuerza de rozamiento es el coeficiente esttico por la normal:

Esto es:

La fuerza horizontalFmxima que se puede aplicar a un cuerpo en reposo es igual al coeficiente de rozamiento esttico por su masa y por la aceleracin de la gravedad.Rozamiento dinmico

Dado un cuerpo en movimiento sobre una superficie horizontal, deben considerarse las siguientes fuerzas:Fa: la fuerza aplicada.Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento.P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleracin de la gravedad.N: la fuerza normal, que la superficie hace sobre el cuerpo sostenindolo.Como equilibrio dinmico, se puede establecer que:

Sabiendo que:

Prescindiendo de los signos para tener en cuenta solo las magnitudes, se puede reescribir la segunda ecuacin de equilibrio dinmico como:

Es decir, la fuerza de empuje aplicada sobre el cuerpoes igual a lafuerza resultantemenos la fuerza de rozamientoque el cuerpo opone a ser acelerado. De esa esa misma expresin se deduce que la aceleracinque sufre el cuerpo, al aplicarle una fuerzaFamayor que la fuerza de rozamientoFrcon la superficie sobre la que se apoya.Rozamiento en un plano inclinado

Si sobre una lnea horizontalr, se tiene unplano inclinadoun ngulo, y sobre este plano inclinado se coloca un cuerpo con rozamiento, se tendrn tres fuerzas que intervienen:P: el peso del cuerpo vertical hacia abajo segn la rectau, y con un valor igual a su masa por la aceleracin de la gravedad: P = mg.N: la fuerza normal que hace el plano sobre el cuerpo, perpendicular al plano inclinado, segn la rectatFr: la fuerza de rozamiento entre el plano y el cuerpo, paralela al plano inclinado y que se opone a su deslizamiento.

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

Lo que grficamente seria un tringulo cerrado formado por estas tres fuerzas, puestas una a continuacin de otra, como se ve en la figura.

El peso puede descomponerse en una componente normal al planoPny una componentes tangente al planoPty la ecuacin anterior puede escribirse componente a componentes simplemente como:

Dividiendo la primera componente entre la segunda se obtiene como resultado:

El coeficiente de rozamiento esttico es igual a la tangente del ngulo del plano inclinado, en el que el cuerpo se mantiene en equilibrio sin deslizar, ello permite 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 ngulo es el valor del coeficiente de rozamiento. Del mismo modo conocido el coeficiente de rozamiento entre dos materiales podemos saber el ngulo mximo de inclinacin que puede soportar sin deslizar.

Rozamiento dinmico

En el caso de rozamiento dinmico en un plano inclinado, se tiene un cuerpo que se desliza, y siendo que est en movimiento, el coeficiente que interviene es el dinmico, as como una fuerza de inerciaFi, 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 esttico, se tiene:

Con estas ecuaciones se determina las condiciones de equilibrio dinmico del cuerpo con friccin en un plano inclinado. Si el cuerpo se desliza sin aceleracin (a velocidad constante) su fuerza de inerciaFiser cero, y se puede ver que:

esto es, de forma semejante al caso esttico:

Con lo que se puede decir que el coeficiente de rozamiento dinmicode un cuerpo con la superficie de un plano inclinado, es igual a la tangente del ngulo del plano inclinado con el que el cuerpo se desliza sin aceleracin, con velocidad constante, por el plano.

III OBJETIVOS :

1. Evaluar las caractersticas de la fuerza de rozamiento

2. Encontrar el coeficiente de friccin

3. Demostrar la relacin que existe entre la fuerza de rozamiento y la normal

4. Hallar una relacin en la fuerza empleada con el rozamiento cintico y esttico

IV MATERIALES Y EQUIPOS

1. Trozo de madera con base de metal

2. GLX Explorer

3. Superficie de madera y una cuerda de pabilo

4. Calibrador de Fuerza

5. Pesas de diferentes masas

V PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL :

Conectamos el GLX Explore con en calibrador de fuerza y est a la vez enganchada con la tabla de madera con superficie de metal

Tratamos de realizar una fuerza constante sobre la tablilla de madera haciendo que esta se desplace sobre la superficie. Obtenemos la grfica en el GLX explore con los siguientes datos Luego tomamos las pesas y la colocamos enzima de la tabla de madera con base metlica la cual obtenemos los siguientes datos aumentando cada vez una pesa mas

DATOS EXPERIMENTALES 1

Fs. (N)0.417053321.434610432.375349773.377320664.11766582

W0.7222.554.246.047.37

La pendiente de Recta viene a ser la magnitud del coeficiente esttico

DATOS EXPERIMENTALES 2

W0.7222.554.246.047.37

FC (N)0.3221.141.2861.932.6

Por el grafico se tiene que su pendiente va a ser el coeficiente de friccin

VI CUESTIONARIO :

CUESTIONARIO

1. Use los datos de la tabla N1, para hacer un grfico en papel milimetrado con: la Fs. en el eje vertical y el peso W en el eje horizontal.

Grafico N1

2. Hacer un ajuste de mnimos cuadrados a la curva F=aW+b de la pregunta 1.Detemine el valor de a y b.

DATOS EXPERIMENTALES 1Fs. (N)0.4681.4912.3982.8654.5

w0.7222.554.246.047.37

Ajuste con mnimos cuadrados:

Calculando:a= 0.5566505 ; b= 0.01515166Fs. (N)0.417053321.434610432.375349773.377320664.11766582

W0.7222.554.246.047.37

DATOS POR AJUSTE DE MINIMOS CUADRADOS 1

3. Qu relacin tiene la constante a con el coeficiente de friccin esttico? Halle el valor de us.DATOS EXPERIMENTALES 1Fs. (N)0.4681.4912.3982.8654.5

w0.7222.554.246.047.37

Hallando el coeficiente de friccin esttico:

Por el grafico N1 se tiene que su pendiente va a ser el coeficiente de friccin

La relacin que guardan a y es que son aproximadamente iguales.

4. Use los datos de la tabla N1, para hacer un grfico en papel milimetrado con: la Fc. en el eje vertical y el peso W en el eje horizontal.

Grafico N2

5. Hacer un ajuste de mnimos cuadrados a la curva F=cW+d de la pregunta 5.Detemine el valor de c y d.

DATOS EXPERIMENTALES 2W0.7222.554.246.047.37

FC (N)0.3221.141.2861.932.6

Ajuste con mnimos cuadrados:

Calculando:c= 0.31702778 ; d= 0.12902896

DATOS POR AJUSTE DE MINIMOS CUADRADOS 2w0.7222.554.246.047.37

F0.357923010.93744981.473226742.043876752.4655237

6. Qu relacin tiene la constante a con el coeficiente de friccin esttico? Halle el valor de uk.

.DATOS EXPERIMENTALES 2W0.7222.554.246.047.37

FC (N)0.3221.141.2861.932.6

Hallando el coeficiente de friccin cintico:

Por el grafico N2 se tiene que su pendiente va a ser el coeficiente de friccin

La relacin que guardan c y , deberan de ser iguales pero cuando se calcula experimentalmente nos da 0.44748359 y por ajuste de mnimos cuadrados es 0.31702778 esto es porque existe un margen de error.

7. Compare el valor de con el valor de . hay coherencia en sus resultados?

Al comparar los resultados hay coherencia ya que .

8. Busque una explicacin del fenmeno de friccin desde el punto de vista microscpico.

Generalmente al tratar de explicar el origen de esta fuerza nos referimos a la no uniformidad que exhiben las superficies (an pulidas) a nivel microscpico. Atribuyendo todo el efecto, de roce, al entrabado que se presenta al tratar de deslizar una superficie sobre la otra. Una explicacin basada nicamente en este hecho no parece dar una respuesta completa a las observaciones. Por ejemplo: se esperara que cualquier piso pulido ofreciera roce mnimo, ya que la cera rellena las irregularidades de la superficie hacindola ms uniforme por lo que, de acuerdo al mecanismo antes mencionado, el roce debera disminuir, trayendo como consecuencia que el caminar sobre esta superficie se hara muy complicado. Sin embargo, sabemos que existen ceras que, aun dando brillo al piso, proporcionan una superficie antideslizante. De este ejemplo, fcilmente podemos convencernos de que este mecanismo no es suficiente para explicar el origen de las fuerzas de roce y que deben existir otros factores interviniendo.

9. Escriba las fuentes de error del experimento.

Uno de los errores de nuestro experimento seria el clculo del coeficiente cintico ya que por ajuste de mnimos cuadrados resulta 0.31702778 y experimentalmente es .

VII CONCLUSIONES :

1. El coeficiente de rozamientos esttico es mayor que el coeficiente de rozamiento cintico en un pequeo intervalo de tiempo.

2. Existe friccin no solamente en cuerpos slidos.

3. La friccin ayuda a que los cuerpos no se resbalen y est presente en todo momento.

VIII BIBLIOGRAFIA

1. Fsica re-Creativa S. Gil y E. Rodrguez Prentice Hall Madrid 2001

2. Enciclopedia Salvat Salvat Editores S.A. Barcelona

3. Fsica Clsica y Moderna - W. E. Gettys, F.J. Keller y M.J . Skore Mc Graw Hill

IX ANEXO

Histricamente, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que Dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pas desapercibido.Se define como fuerza derozamientoo fuerza defriccina la resistencia que se opone al movimiento (fuerza de friccin cintica) o a la tendencia al movimiento (fuerza de friccin esttica) de dos superficies en contacto. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscpicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a stas, sino que forma un ngulo (el ngulo de rozamiento) con la normal. 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.

EXPLICACION DEL ORIGEN DEL ROZAMIENTO POR CONTACTO:

La mayora de las superficies, aun las que se consideran pulidas son extremadamente rugosas a escala microscpica. Los picos de las dos superficies que se ponen en contacto determinan el rea real de contacto que es una pequea proporcin del rea aparente de contacto (el rea de la base del bloque). El rea real de contacto aumenta cuando aumenta la presin (la fuerza normal) ya que los picos se deforman.

QUE OCURRE SI NO HAY ROZAMIENTO?

Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos cuerpos que estn en contacto. Hablamos entonces deFuerza de rozamiento esttica. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequea, el armario no se mover. Esto es debido a la fuerza de rozamiento esttica que se opone al movimiento.

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