rozamiento por deslizamiento

Laboratorio de Física
ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO
1. OBJETIVO
Medida de los coeficientes de rozamiento estático y cinético en diferentes superficies.
2.- FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Al aplicar una fuerza horizontal sobre un objeto que descansa apoyado en una superficie,
aparece una fuerza denominada fuerza de rozamiento, que se caracteriza por:
- oponerse al movimiento del objeto,
- ser proporcional a la fuerza normal que la superficie ejerce sobre el objeto,
- no depender del área de contacto entre objeto y superficie, pero sí de cuál sea la naturaleza
de las dos superficies de contacto, es decir, de los materiales y de su rugosidad, y
- ser independiente de la velocidad, una vez iniciado el movimiento.
Por lo tanto, la magnitud de la fuerza de rozamiento va a venir expresada por la ecuación:
fr = µ· FN
(1)
siendo FN la fuerza normal ejercida por la superficie e igual en módulo a la componente vertical
del Peso del objeto, y
µ el coeficiente de rozamiento, distinguiéndose entre el coeficiente de rozamiento estático, µe, y
el coeficiente de rozamiento cinético, µc, siendo siempre el primero mayor que el segundo:
µe > µc
(2)
El rozamiento estático es aquél que aparece entre dos cuerpos por el simple hecho de
estar en contacto, así si por ejemplo pretendemos empujar un armario muy grande y aplicamos
una fuerza pequeña, el armario no se moverá debido a la fuerza de rozamiento estática. Al
aumentar la fuerza de empuje, llegará un momento en que se supere esta fuerza de rozamiento y
será entonces cuando el armario se pueda mover. Una vez que el objeto empiece a moverse
hablaremos de fuerza de rozamiento cinética y por lo tanto de rozamiento cinético.
3.- MATERIAL UTILIZADO
•
•
•
•
3 Bloques de diferente superficie
4 Masas de 500 g
Sensor de Fuerza
Ordenador
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4.- EXPERIMENTACIÓN
El dispositivo experimental utilizado es sencillo (figura 1), únicamente se necesita un
bloque que se desplace sobre una superficie y un sensor de fuerza que nos indique la fuerza
aplicada.
Figura 1. Dispositivo experimental
El sensor de fuerzas está conectado a un puerto USB del ordenador, y la adquisición de
datos se realiza a través del software DataStudio.
Para iniciar el programa, pulse en el icono del software que aparece en el escritorio.
A la pregunta ¿cómo desea usar DataStudio? Seleccione “Abrir actividad” y busque en
Disco local (C:)/LABORATORIO FÍSICA I/Rozamiento el fichero plantilla; al abrirlo aparecerá una
pantalla dividida en tres zonas A, B y C (ver figura 2).
Figura 2. Pantalla Inicial
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En la zona A (“Resumen de datos”), aparecen los sensores que van a ser utilizados (en
nuestro caso únicamente el sensor de fuerzas).
Debe verificarse que el sensor está activo, en caso de no ser así aparecerá una
exclamación en color amarillo al lado del mismo, tal y como se indica en la figura 3. Si esto ocurre
deberán comunicárselo a un responsable del laboratorio.
Figura 3. Sensor no Activo
En la zona B se indican las diferentes pantallas de datos que pueden mostrarse, siendo en
la zona C donde se visualizan. Las pantallas que serán de utilidad en el transcurso de la práctica
son:
•
: Las pantallas de gráficos representan los datos del sensor con respecto al
tiempo.
•
: muestra los datos en columnas.
•
: muestra el valor de la fuerza en cada momento durante la ejecución
del experimento.
Previamente a la realización de la toma de datos, se procederá a configurar el experimento
y a establecer las condiciones de ensayo.
En
la
pestaña
(“Configuración del experimento”), ver figura 4,
se elige la frecuencia de muestreo. Se trabajará con una frecuencia de muestreo de 500 Hz, es
decir, la toma de datos se realizará cada 0,002 s.
Figura 4. Configuración del Experimento
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Una vez establecidos los parámetros de ensayo, se procederá a enganchar cada bloque,
cargado con la masa que se desee, al sensor a través de un cordón. Antes del inicio de la medida,
y cuando sobre el sensor de fuerza no se ejerza aún ninguna fuerza, presionen el botón que se
encuentra en la parte superior del sensor para tararlo a cero. Podrán comprobar si efectivamente
dicho sensor se encuentra en el punto 0.0 N al iniciar el experimento, si la pantalla del medidor
digital se encuentra abierta.
Si han comprobado que todo está correcto pulsen el botón
y comiencen
lentamente a tirar del sensor, manteniendo el bloque en movimiento durante unos segundos.
Cuando consideren dar por finalizada la experiencia pulsen sobre el botón
.
Las diferentes tomas de datos irán apareciendo en la sección “A” de la pantalla con la
notación “Ensayo≠1, Ensayo≠2…….”. Estas leyendas pueden cambiarse por otras que se deseen
colocando el puntero del ratón sobre ellas y pulsando el botón izquierdo del mismo dos veces de
forma discontinua. Cuando se realice una toma de datos no válida, ésta podrá eliminarse
seleccionando en el menú principal “Experimento” → “Suprimir último ensayo de datos”.
Una vez realizada la toma de datos, sobre el gráfico obtenido (fuerza de rozamiento = f
(tiempo)) podrán medir los valores de la fuerza de rozamiento estática, fe, (figura 5) y de la fuerza
de rozamiento cinética, fc, (figura 6).
Para conocer los valores de las fuerzas, seleccionamos los puntos adecuados con el
puntero del ratón (zona amarilla) y pulsando sobre el icono
, ubicado en la parte
superior del gráfico, podremos leer el valor buscado.
Figura 5. Toma de Datos
Figura 6. Toma de Datos
Como puede observarse, la fuerza de rozamiento estática corresponde al máximo valor
alcanzado. Superado ese valor, la fuerza de rozamiento disminuye y permanece constante (fuerza
de rozamiento cinética).
4.1.- Cálculo de los coeficientes de rozamiento, µe y µc.
Determinen los coeficientes de rozamiento estático y cinético para las diferentes
superficies. Para cada bloque realicen 4 experimentos con masas diferentes. Representen fe=f(FN)
y fc=f(FN). Realicen un ajuste por mínimos cuadrados (regresión lineal) y obtengan los valores
buscados. Para la realización de las representaciones y de los ajustes pueden utilizar “Excel” u
otra hoja de cálculo.
Comenten los resultados obtenidos.
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Para la realización de los gráficos y ajustes pueden utilizar “Excel” u otra hoja de cálculo.
En todos los ordenadores del laboratorio está instalada la hoja de cálculo “Excel” y el
procesador de datos “Word”. Todos los ordenadores se encuentran en red con una
impresora, ubicada en el laboratorio, disponible para la impresión de los datos y gráficos
que deseen.
Al terminar la práctica, entreguen una copia de los datos experimentales obtenidos indicando
el título de la práctica, sus nombres y apellidos, grupo de teoría al que pertenecen y fecha de
realización.
En el Informe a entregar se deben incluir todas las tablas de datos, las gráficas y ajustes
realizados, los valores calculados y su comparación con los valores reales, comentando los
posibles errores cometidos, y las conclusiones obtenidas.
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