Establecer el valor del coeficiente de fricción, tanto estático como dinámico

UNIVERSIDAD DEL VALLE

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

EXPERIMENTACIÓN DE FÍSICA I

COEFICIENTE DE FRICCIÓN

RESUMEN

El objetivo del experimento realizado en clase es de establecer el valor del coeficiente de fricción, tanto estático como dinámico, entre un bloque y una superficie lisa (ambos de madera).

Para esto fue necesario basarnos en la primera ley de Newton, utilizando un plano inclinado que nos permitiera medir el ángulo necesario para que el bloque se deslizara sobre la superficie de madera.

Para la primera parte se tomaron varias medidas, en cada una modificando la distancia vertical de la base del plano, sobre la cual se encontraba el bloque de madera, hasta conseguir que este se deslizara sobre la superficie; el dato registrado era el ángulo con el cual el bloque se habia movido. Posteriormente, se añadieron pesas al bloque con las que se realizó el mismo procedimiento.

Para la segunda parte, coeficiente de fricción dinámico, se unió el bloque con la polea, añadiendo un porta pesas en el cual se ubicaron diferentes masas hasta conseguir el peso necesario con el que el madero se desplazaría hacia arriba a una velocidad constante. Todo esto, a un ángulo de 45°.

Posteriormente se procedió a quitar el peso correspondiente, hasta hacer que el bloque se deslizara hacia abajo, a su posición inicial.

Tras obtener todos estos datos, se procedió a realizar las operaciones pertinentes para encontrar el coeficiente de fricción del material.

INTRODUCCIÓN

La fricción se define como una fuerza resistente que actúa sobre un cuerpo, que impide o retarda el deslizamiento de este respecto a otra superficie con la que este en contacto. Esta fuerza es siempre tangencial a la superficie en los puntos de contacto con el cuerpo, además tiene un sentido, ya que se opone al movimiento del objeto. La naturaleza de este tipo de fuerza está ligada a las interacciones de las partículas microscópicas de las dos superficies implicadas.

El coeficiente de fricción es un coeficiente que expresa la oposición que ofrecen dichas superficies. Usualmente se representa con la letra griega μ (miu). El valor de este coeficiente no es una propiedad intrínseca de un material, este depende de muchos factores asociados, como la textura de las superficies de contacto, la velocidad relativa entre estas superficies, la temperatura, etc…

DISCUSIÓN TEÓRICA

En la práctica realizada estudiamos dos coeficientes de fricción: el coeficiente de fricción estático y el dinámico.

Coeficiente de fricción estático:

Este coeficiente actúa como una resistencia a superar para poder poner en movimiento un objeto con respecto a otro con el que se encuentra en contacto.

[pic 1]

Ilustración 1: Diagrama de fuerzas. Coeficiente de fricción estático

Del diagrama de fuerzas se obtiene:

m1gSen Θ – Fr = 0 (Ec 1)

N – m1Cos Θ = 0 (Ec 2)

Despejando Fr en Ec 1 y Ec 2tenemos:

Fr = m1gSen Θ

N = m1Cos Θ

Por definición:

Fr = μe.N

Entonces:

μe = Fr / N

Reemplazando tenemos:

μe = m1gSen Θ / m1Cos Θ

Por lo tanto:

μe = tan Θ (Ec 3)

Θ es el ángulo mínimo necesario para que el objeto se ponga en movimiento.

Coeficiente de fricción dinámico:

Este coeficiente es una fuerza de magnitud, a diferencia del primero, este actúa cuando los cuerpos ya están en movimiento.

[pic 2]

Ilustración 2: Diagrama de fuerzas. Coeficiente de fricción dinámico.

Del diagrama de fuerzas de la ilustración 2:

Cuando m1 se mueve hacia arriba con velocidad constante, se tiene que:

m2g – m1gSen Θ – Fr = 0 (Ec 4)

despejando Fr

Fr = m1gsen Θ – m2g

Cuando m1 se mueve hacia abajo con velocidad constante, se tiene que:

Fr = m2g – m1gSen Θ

Con lo anterior se obtiene que:

μe = m2 – m2’ / 2 m1 cos Θ (Ec 5)

m1Sen Θ = m2 – m2’ / 2 (Ec 6)

Tomando Θ = 45° se obtiene:

μe = m2 – m2’ / m2 + m2’ (Ec 7)

MÉTODOS EXPERIMENTALES:

Instrumentos utilizados:

• Plano inclinado de madera
• Bloque de madera
• Escuadra de 45°
• Polea
• Portapesas con sus respectivas pesas
• Nivelador
• Dulceabrigo

Teniendo todo el montaje necesario para dar inicio a la práctica, se procedió a limpiar ambas superficies (la del plano y la del bloque) para eliminar posibles rugosidades. Posteriormente se verifica que el plano este bien nivelado, esto se realiza utilizando el nivel. Una vez realizado las pertinentes revisiones, se procede a colocar el taco de madera en un punto cualquiera del plano inclinado, para después comenzar a variar el ángulo de este, levantándolo verticalmente hasta lograr que el bloque de madera se mueva; de esta forma se obtiene el valor del ángulo Θ.

Este procedimiento lo realizamos 5 veces para encontrar el promedio del ángulo obtenido; tras lo cual, añadimos al bloque de madera unas pesas, aumentando así el peso de este. Se repite el mismo procedimiento explicado anteriormente, variando la masa del bloque 4 veces más.

Para la siguiente parte del laboratorio, se procedió a medir el coeficiente de fricción dinámico, para este se realizó el montaje requerido, añadiendo el porta pesas que estaba sujeto, por medio de un cordón, al bloque de madera y ubicando el plano a un ángulo de 45°.

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