Sesión 3 - Universidad de Córdoba

DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS Y DE MONTES
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERIA
SEGUNDA SESIÓN DE PRÁCTICAS
3.- Coeficiente de rozamiento
FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
Guión de prácticas
3.- Coeficiente de rozamiento
Objeto:
Determinar los coeficientes de rozamiento estático y cinético entre
distintas superficies y comprobar la dependencia de la fuerza de
rozamiento máxima respecto a la fuerza normal entre las superficies.
Material:
Superficie plana horizontal. Piezas con diferentes superficies de
contacto (madera y fieltro). Dinamómetros de 1 y 2.5 N. Pesas de
100 g y 200 g.
Fundamento:
Las fuerzas de rozamiento surgen entre dos
cuerpos puestos en contacto cuando se intenta deslizar
uno respecto al otro.
Se deben, en parte, a las rugosidades o
asperezas de las superficies en contacto y también a la
tendencia de dichas superficies a formar enlaces
atómicos que las adhieren entre sí.
Estas fuerzas de rozamiento son de magnitud
limitada y no serán suficientes para impedir el
movimiento cuando las fuerzas aplicadas sean
suficientemente grandes.
Figura 3-1
Supongamos un bloque de masa m colocado sobre una superficie plana
horizontal al que aplicamos una fuerza F también horizontal. Si F es pequeña el bloque
no se moverá y el equilibrio se mantiene. En este caso la fuerza de rozamiento estática fs
entre las superficies es igual a F. Si F aumenta
F
progresivamente también lo hará fs y llegará un
mg
f
momento en que nos acercamos a una situación en la
que el movimiento es inminente y el equilibrio está a
punto de romperse, es decir la fuerza de rozamiento
N
alcanza su valor máximo fsmax . Este valor máximo se
Figura 3-2
ha comprobado
experimentalmente que
es
proporcional a la fuerza normal entre las superficies
en contacto. El coeficiente de proporcionalidad es el coeficiente de rozamiento estático,
µs
f s ≤ µs N
(3.1)
Si F aumenta ligeramente, la fuerza de rozamiento ya no puede equilibrarla y se
inicia el movimiento, que generalmente puede observarse que es acelerado. Es decir,
cuando las dos superficies se deslizan una respecto a otra f desciende desde fsmax hasta
fk, a esta última se llama fuerza de rozamiento cinético y permanece aproximadamente
constante.
3.1
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Guión de prácticas
f k = µk N
(3.2)
Los coeficientes µs y µk no dependen del área de las superficies en contacto,
dependen fundamentalmente de la naturaleza de las superficies y de su grado de
pulimentación.
Debe observarse que
ambos coeficientes son el
cociente
de
dos
fuerzas
perpendiculares, por lo que son
adimensionales y representan la
tangente que la resultante de
ambas fuerzas forma con la
normal a las superficies.
f
Equilibrio
Movimiento
fsmax = µ s N
Una vez iniciado el
movimiento, si F es justamente
igual a f k = µk N , el movimiento
es uniforme y por lo tanto la
velocidad
constante,
recorriéndose espacios iguales en
tiempos iguales.
fk
F
Figura 3-3 Fuerza de rozamiento
Método:
m
Para cada pareja de superficies
(i)
Determinar el peso del bloque
con el dinamómetro, anotarlo
con sus unidades y el error.
Figura 3-4
(ii)
Colocar el sistema según el esquema de la Figura 3-4 .
(iii)
Usando el dinamómetro, medir la máxima fuerza de tracción horizontal a la
que el bloque permanece en equilibrio. Esta es la máxima fuerza de
rozamiento estática fsmax = µ s N . Anotarla con sus unidades y error.
(iv)
Medir la fuerza de tracción horizontal que mantiene un movimiento
uniforme sobre la superficie. Esta es la fuerza de rozamiento por
deslizamiento f k = µ k N .
(v)
Repetir las medidas (iii) y (iv) añadiendo 100 g, 300g y 500 g sobre el
bloque. Anotar los pesos totales y los valores de las fuerzas de tracción
obtenidos en cada caso en la tabla.
(vi)
Representar los pares de valores N, fs y N, fk obtenidos para cada par de
superficies en una gráfica, representando en ordenadas la fuerza de
rozamiento y en abscisas la fuerza normal. Ajustar una recta a cada conjunto
de datos (superficie y tipo de rozamiento). Comprobar que los coeficientes
de rozamiento estático y cinético son las pendientes de las rectas respectivas
para cada superficie.
3.2
FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
Guión de prácticas
Resultados:
Peso del bloque(N)=
Madera
Normal
N(N )
fs ( N )
fk ( N )
µs =
fs
N
µk =
fk
N
µs =
fs
N
µk =
fk
N
Bloque
Bloque+100g
Bloque+200g
Bloque+300g
Valores medios
Error
Fieltro
N(N )
fs ( N )
fk ( N )
Bloque
Bloque+100g
Bloque+200g
Bloque+300g
Valores medios
Error
Cuestiones:
(1) Un bloque de 250 g descansa sobre una superficie horizontal. Se tira de él con una
fuerza horizontal F progresivamente creciente, iniciándose el movimiento cuando
F = 1.2 N.
a) Cuál es el coeficiente de rozamiento estático.
b) Si en lugar de tirar del bloque inclinamos el plano sobre el que está situado el
bloque, ¿cuál sería el ángulo de inclinación del plano al que la masa empezaría a
deslizarse?.
(2) Un bloque de 4 N de peso descansa sobre un plano horizontal. El coeficiente de
rozamiento estático entre ambas superficies es µs = 0.4 y el cinético µk = 0.35.
Determinar la fuerza de rozamiento que opone el plano al bloque cuando se aplica a
éste:
3.3
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Guión de prácticas
a) Una fuerza horizontal de 1 N.
b) Una fuerza horizontal de 3 N.
c) Una fuerza de 3 N inclinada 45º sobre la horizontal.
3.4