PRUEBAS DE FRICCIOMETRO
INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo de experimentación es la medición de los puntos en los que se rompe la fricción de diferentes materiales como: madera, aluminio y plasticos con diferentes superficies tales como: papel, lija, plastico, aluminio, foami, sobre una superficie plana, donde se observara cómo se comporta el objeto dependiendo de la superficie y el angulo de inclinación.
Nos hemos centrado en este trabajo de experimentación motivados por la curiosidad hacia el tema y los objetivos en este trabajo son los siguientes:
* Medir el angulo en que se rompe la fricción y empieza a moverse el objeto.
* Observar cómo se comportan objetos de diferentes materiales en las diferentes superficies.
TEORIA
* FRICCION
Definición:
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción dinamica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estatica). Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un angulo φ con la normal (el angulo de rozamiento). 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. Para el caso cinético o dinamico hay evidencia que sugiereque la fricción cinética se genera debido a enlaces o ligaduras entre los atomos de los diferentes objetos involucrados.

Rozamiento entre dos cuerpos
En el rozamiento entre cuerpos sólidos se ha observado que son validos de forma aproximada los siguientes hechos empíricos
La fuerza de rozamiento se encuentra en dirección paralela a la superficie de apoyo.
El coeficiente de rozamiento es practicamente independiente del area de la superficie de contacto.
El coeficiente de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.
La fuerza maxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto.
Para un mismo par de cuerpos (superficies de contacto), el rozamiento es mayor un instante antes de que comience el movimiento que cuando ya comenzó.

Leyes de Fricción.
Algunos autores sintetizan las leyes del comportamiento friccional en las siguientes dos leyes basicas 1]
La resistencia al deslizamiento tangencial entre dos cuerpos es proporcional a la fuerza normal ejercida entre los mismos.
La resistencia al deslizamiento tangencial entre dos cuerpos es independiente de las dimensiones de ambos.
La segunda ley puede ilustrarse arrastrando un bloque o ladrillo sobre una superficie plana. La fuerza de arrastre sera la misma aunque el bloque descanse sobre una cara o sobre un borde. Estas leyes fueron establecidas primeramente por Leonardo da Vinci al final del siglo XV, olvidandose después durante largo tiempo y fueronposteriormente redescubiertas por el ingeniero francés Amontons en 1699. Frecuentemente se les denomina también leyes de Amontons.

* ROZAMIENTO EN UN PLANO INCLINADO
* Rozamiento estatico

Si sobre una la línea horizontal r, se tiene un plano inclinado un angulo , y sobre este plano inclinado se coloca un cuerpo con rozamiento, se tendran tres fuerzas que intervienen:
P: el peso del cuerpo vertical hacia abajo según la recta u, y con un valor igual a su masa por la aceleración de la gravedad: P = mg.
N: la fuerza normal que hace el plano sobre el cuerpo, perpendicular al plano inclinado, según la recta t
Fr: la fuerza de rozamiento entre el plano y el cuerpo, paralela al plano inclinado y que se opone a su deslizamiento.
Si el cuerpo esta en equilibrio, no se desliza, la suma vectorial de estas tres fuerzas es cero

Lo que graficamente seria un triangulo cerrado formado por estas tres fuerzas, puestas una a continuación de otra, como se ve en la figura.

Si el peso P del cuerpo se descompone en dos componentes: Pn, peso normal, perpendicular al plano, que es la componente del peso que el plano inclinado soporta y Pt, peso tangencial, que es la componente del peso tangencial al plano inclinado y que tiende a desplazar el cuerpo descendentemente por el plano inclinado. Se puede ver que el Pn se opone a la normal, N, y el peso tangencial Pt a la fuerza de rozamiento Fr
Se puede decir que el Pn es la fuerza que el cuerpo ejerce sobre el plano inclinado y la normal, N, es la fuerza que el plano inclinado hace sobre el cuerpoimpidiendo que se hunda, Pn = N para que este en equilibrio. El peso tangencial Pt es la fuerza que hace que el cuerpo tienda a deslizarse por el plano y Fr es la fuerza de rozamiento que impide que el cuerpo se deslice, para que este en equilibrio Pt = Fr

Cuando el cuerpo esta en equilibrio estas dos ecuaciones determinan la igualdad de fuerzas, también es necesario saber que:

Y que la descomposición del peso es:

Con lo que se determinan las condiciones del equilibrio de un cuerpo en un plano inclinado con el que tiene fricción. Es de destacar la siguiente relación:

Haciendo la sustitución de N:

Que da finalmente como resultado:

El coeficiente de rozamiento estatico es igual a la tangente del angulo 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 angulo es el valor del coeficiente de rozamiento. Del mismo modo conocido el coeficiente de rozamiento entre dos materiales podemos saber el angulo maximo de inclinación que puede soportar sin deslizar.

* Rozamiento dinamico

En el caso de rozamiento dinamico en un plano inclinado, se tiene un cuerpo que se desliza, y siendo que esta en movimiento, el coeficiente que interviene es el dinamico , así como una fuerza deinercia Fi, 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 estatico, se tiene:

Con estas ecuaciones se determina las condiciones de equilibrio dinamico del cuerpo con fricción en un plano inclinado. Si el cuerpo se desliza sin aceleración (a velocidad constante) su fuerza de inercia Fi sera cero, y se puede ver que

Esto es, de forma semejante al caso estatico:

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

PROCEDIMIENTO
FRICCIOMETRO
Material:
* Tabla de 60 x 50
* Cubos
* Madera
* Aluminio
* Plastico
* Superficies
* Lija
* Papel
* Aluminio
* Plastico
* Foami
* Transportador
Proceso
El procedimiento se realiza de la siguiente manera:
Se coloco el cubo (madera, aluminio y plastico) sobre las superficies de papel, plastico, aluminio, foami y lija. Se comienza a levantar lentamente la tabla hasta que el cubo empieza a moverse, fue allí donde se toma la medición del angulo. El cual depende del peso y la superficie que tenga cada cubo.
CUBO MADERA |
SUPERFICIE | COMPORTAMIENTO | MAGNITUD (ch, me, grande) |
Madera | Opuso resistencia a la fricción | 35º 32º31º |
Plastico | Se deslizo rapidamente. | 23º 23º 20º |
Aluminio | Se noto mas la resistencia a la fricción | 20º 15º 15º |
Foami | Opuso mayor resistencia a la fricción | 25º 27º 24º |
Lija | Opuso la mayor resistencia a la fricción | 57º 34º 51º |

CUBO PLASTICO |
SUPERFICIE | COMPORTAMIENTO | MAGNITUD (ch, me, grande) |
Madera | No se deslizo tan rapidamente | 29º 35º 28º |
Plastico | Opuso poca resistencia a la fricción que el anterior | 19º 25º 24º |
Aluminio | Se noto menos la resistencia a la fricción | 18º 20º 15º |
Foami | Opuso mayor resistencia a la fricción | 31º 33º 34º |
Lija | Opuso la mayor resistencia a la fricción | 62º 47º 48º |

NOTA: El cubo de madera y plastico tuvieron comportamientos similares. Ya que tienen pesos similares.

CUBO ALUMINIO |
SUPERFICIE | COMPORTAMIENTO | MAGNITUD (ch,me, grande) |
Papel | Opuso muy poca resistencia a la fricción | 15º 19º 13º |
Plastico | Se noto un poco mas de resistencia que en el anterior | 19º 20º 17º |
Aluminio | Opuso poca resistencia a la fricción. | 15º 13º 13º |
Foami | Opuso mayor resistencia a la fricción | 21º 21º 21º |
Madera | Opuso la mayor resistencia a la fricción | 20º 15º 20º |