Coeficientes Y Fuerzas De Rozamiento

Coeficientes y fuerzas de rozamiento

Coefficients and friction forces

Resumen

La dinámica es la rama de la física mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos analizando las causas que lo producen. Todos los movimientos son resultado de interacciones entre los cuerpos. Interacciones que analizadas deben permitir ser expresadas cuantitativamente. En consecuencia además de los conceptos de longitud y tiempo que se manejan en la cinemática, se deben introducir la fuerza y la masa. En este estudio extensivo de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos se encuentra las denominadas fuerzas de rozamiento o de fricción, y con la finalidad de comprender más estas se ha desarrollado una práctica de laboratorio en la cual sea posible percibir la influencia de estas fuerzas sobre el movimiento de un cuerpo dado.

Palabras claves: Fuerza, fricción, rozamiento.

1. Introducción

1.1. Objetivo

-Determinar el coeficiente de rozamiento entre dos superficies solidas.

1.2. Marco teórico

Sabemos por la experiencia, que cuando un objeto se desliza o rueda sobre otro, las fuerzas de rozamiento entre ellos pueden ser grandes. A menudo son los factores dominantes en los problemas relativos al mo-vimiento.

La experiencia sobre el rozamiento ha conducido a gene-ralizar sus leyes de un modo extremadamente simple. Cuando dos cuerpos sólidos están en contacto, entonces, la fuerza de rozamiento que recibe cada uno de ellos tiene sentido opuesto al movimiento o a la tendencia de moverse.

Las fuerzas de rozamiento que obran entre superficies que se encuentran en reposo una con respecto a la otra, se llaman fuerzas de Rozamiento Estático. La magnitud de la máxima fuerza de Rozamiento Estático será igual a la magnitud de la fuerza necesaria para iniciar el movimiento. Las fuerzas que obran entre superficies que se encuentran en movimiento relativo se llaman fuerzas de Rozamiento Cinético.

La proporción entre la máxima fuerza de Rozamiento Estático y la magnitud de la fuerza normal se llama Coeficiente de Rozamiento Estático para las superficies de que se trata.

El bloque colocado sobre una superficie horizontal (figura 1), está sometido a las 4 fuerzas indicadas, que son: W el peso, N la normal, FS la fuerza de Rozamiento Estático, Fa fuerza aplicada. Colocando el eje x, a lo largo del plano (dirección horizontal), y el eje Y per-pendicular al plano (dirección vertical), la primera ley de Newton para dicho bloque permite escribir

Figura 1. Diagrama de cuerpo libre, plano horizontal.

[1]

[2]

Para la menor fuerza Fa que logra mover el bloque, se cumple que

[3]

Utilizando las ecuaciones [2] y [3] en la ecuación [1], se obtiene

[4]

Cuando el bloque está sobre un plano inclinado, (figura 2), permanece en reposo mientras el ángulo de inclina-ción entre la superficie horizontal y el plano inclinado sea pequeño, pero para un determinado ángulo de inclinación el bloque comienza a moverse, llamemos a este ángulo θS. Para todo ángulo de inclinación menos que θS, el bloque esta en equilibrio, lo que significa que la suma de las fuerzas que actúan sobre el bloque es nula. Por lo tanto, la suma de las fuerzas sobre el eje x cual-quiera que se adopte, y la suma de las fuerzas sobre un eje y, perpendicular a x, deben ser también nulas. Cuando el bloque se mueva lo hará a lo largo del plano, entonces se puede adoptar, simplemente por conve-niencia, como eje X aquel que está a lo largo del plano, por lo tanto el eje Y es perpendicular al plano.

Debido a que el peso del cuerpo es una fuerza dirigida hacia el centro de la tierra, forma con el eje Y el mismo ángulo θ que forme el eje X con la horizontal. Por lo tanto el peso, W, tendrá una componente a lo largo del eje X (esto es, existe una fuerza que trata de mover el bloque), pero como que el bloque esta en equilibrio necesariamente debe existir otra fuerza en el eje X que se opone a la componente en el eje X del peso, siempre y cuando el bloque no se mueva. Para el ángulo θ, el bloque comienza a moverse, esto quiere decir entonces que la fuerza de rozamiento estático ha llegado a su máximo valor, el cual corresponde al dado por la ecuación (3).

Colocando el eje X a lo largo del plano inclinado y el eje Y necesariamente perpendicular a él, se tiene que la primera ley de newton para el bloque es:

Figura 2. Diagrama de cuerpo libre, plano inclinado

[5]

[6]

Utilizando las ecuaciones [3] y [6] en la ecuación [5], se obtiene:

[7]

1.3. Hipótesis

Basándonos en la teoría, sería correcto afirmar que sin importar la masa del objeto que usemos en el experi-mento, el coeficiente de rozamiento estático deberá ser el mismo y estará dado por la ecuación [7].

2. Diseño experimental

2.1. Materiales:

-Carril para carros.

-Bloque (madera).

-Porta pesas y pesas.

-balanza.

2.2. Metodología:

1. En la balanza determine el peso del bloque, a su valor llámelo P.

2. Determine al bloque el área de su superficie mayor y el de su superficie menor.

3. Sobre un plano inclinado coloque el bloque con su superficie de mayor área sobre el plano inclinado, determine θS y anotar.

4. Colocar el bloque con pesas, Q, determine para el bloque cargado θS anotar (el peso del bloque cargado

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