TEORÍA RELACIONADA

Cuando un cuerpo se mueve sobre una superficie como por una sustancia viscosa, hay una resistencia a dicho movimiento debido a las fuerzas con las que interactúa en su alrededor, en este caso se trata de la Fuerza de fricción. [1

Hay dos tipos de fuerzas de fricción, en el momento se estudiara la Fuerza de fricción estatica, que es aquella fuerza que esta presente en el momento cuando el objeto se encuentra estacionado, es decir, sin ninguna clase de movimiento; esta fuerza de fricción debe ser superada por una fuerza externa F para poder generar algún desplazamiento en el objeto [2]

Figura N° 1. Fricción estatica en un plano horizontal.

La fuerza de fricción estatica de la Figura N° 1. Esta dada por

Fre≤ μeN (1)

Donde N es la fuerza normal que se genera.
Donde μe es el coeficiente de fricción estatico entre las superficies de contacto.
En una superficie horizontal, la ecuación (1) quedaría de la siguiente forma

Fre≤ μemg (2)

Figura N° 2. Fuerza de fricción en plano inclinado.

La ecuación para la fuerza de fricción estatica en la figura N° 2. Esta dada por.

Fre≤ μemgCosθ (3

Donde mgCosθequivale a la fuerza normal.
De esta manera, en la ocasión que se presente fricción por deslizamiento, k estaria dado por:

k=Tanθ (4

De igual manera la fuerza de fricción se puede manifestar en la Fuerza de fricción cinética, la cual se presenta en un objeto en movimiento y la cual se encarga de contrarrestar este; en el momento que se deja de aplicar una fuerza F sobre el objeto, es esta fuerza de fricción la encargada de detener el movimiento en un instante determinado. [2

La fuerza de fricción cinética en un plano horizontal esta dada por:

Frc=μcmg (5)

Donde μc es el coeficiente de fricción cinética
En un plano inclinado como el de la Figura 2. Esta dada por

Frc=μcmgCosθ (6)

La relación entre la fuerza F que se aplica y la fuerza de fricción puede representarse mediante la Figura N° 3.

Fuerza N° 3. Relación entre la fuerza aplicada (F) y las dos diferentes fuerzas de fricción.

Esta imagen permite ver la manera en que Fremax es determinante para poder lograr un desplazamiento y como esta es el maximo valor esperado para la fricción estatica entre las superficies. [2

Fre max= μeN (7)

También se puede observar laproporción de la fuerza de fricción cinética respecto a la fuerza de fricción estatica.

3. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO

El desarrollo de esta practica se lleva a cabo utilizando un dinamómetro (Figura 1), con el cual se medira la fuerza aplicada a un bloque de madera.

Figura N° 4. Dinamómetro

El bloque de madera (Figura 2.) Consta de dos superficies, una de tela y otra de madera, que permitira estudiar el comportamiento de las fuerzas de fricción de este con el riel de aluminio (Figura 3.), esta sera la primera parte de esta practica, donde se estudiara la fuerza necesaria para mantener una velocidad constante en el bloque.

Figura N° 5. Bloque de madera con diferentes superficies.

El riel es utilizado para determinar el coeficiente de fricción estatico del bloque, elevando este hasta lograr cierto angulo que permita el inicio del movimiento del bloque. La tercera parte de esta practica comprendera la determinación del coeficiente estatico del bloque, a partir del angulo de inclinación encontrado.

Figura N° 6. Montaje de laboratorio.

4. ANALISIS Y RESULTADOS

El desarrollo de la primera parte de esta practica permitió identificar la fuerzanecesaria para mantener una velocidad constante en el bloque de madera.

Tabla N° 1. Tablas de datos de la parte 1

En la tabla N° 1. Se puede ver los diferentes valores de fuerzas determinados para esta parte del laboratorio, al igual que su promedio y el valor de la masa del bloque de madera.
Aplicando la formula (5) y la segunda ley de Newton, se puede determinar un coeficiente de fricción dinamica.
k=0.29
Ya que el valor de la velocidad es constante, esto genera una aceleración igual a cero, por lo que la fuerza (F) aplicada es equivalente a la fuerza de fricción.
Los valores obtenidos pueden variar a los reales ya que no se presentaba instrumentos adecuados para medir la velocidad, por lo que no hay exactitud en la aceleración del objeto; se determina que es cero.

En la parte 2 de la practica, se procede de la misma manera que en la parte 1, únicamente variando el tamaño de la superficie de contacto.

Tabla N° 2. Tablas de datos de la parte 2

En la Tabla N° 1. Se puede ver los datos obtenidos en el desarrollo de esta practica, como su promedio y error relativo.
Aplicando la formula (5) y la segunda ley de Newton, se puede determinar uncoeficiente de fricción dinamica.
k=0.29
Al igual que en la parte 1. La aceleración es igual a cero, por lo que la fuerza de fricción es igual a la fuerza aplicada.
Se puede ver que el coeficiente de fricción cinético no varía según el tamaño de contacto, se mantiene igual al obtenido en la parte 1.

En la tercera parte de la practica, se obtuvo la medida de la altura en la cual comenzó el deslizamiento del bloque.
Tabla 3. Tabla de datos. Parte 3 de la practica.

La Tabla N° 3. Muestra los valores obtenidos de altura, el promedio de los valores y el valor del angulo obtenido.
Como la fricción estatica se halla mediante deslizamiento, no se aplica ninguna fuerza ajena al sistema, por lo que la fuerza de fricción es equivalente a la componente en el eje x del peso (mg), y por lo tanto el e es obtenido utilizando la formula (4).
e=0.36
Este valor permite ver que el maximo valor de la Fuerza de fricción estatica es mayor que el valor de la fricción cinética.

5. CONCLUSIONES

6. REFERENCIAS

1. https://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4070002/contenido/capitulo3_2.html
2. Serway, R. Física Tomo I. México: McGRAW-HILL. 1998. pp. 125-128.