LABORATORIO Fuerza de Rozamiento
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LABORATORIO: FUERZA DE ROZAMIENTO
OSCARJAVIER YARA BRIÑEZ
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
BOGOTA
2012
LABORATORIO: FUERZA DE ROZAMIENTO
OSCARJAVIER YARA BRIÑEZ
Grupo: 11
3021211997
Docente
HECTOR MONTAÑEZ VEGA
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
BOGOTA
2012
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN.....................................................................................................4
PLAN DE TRABAJO................................................................................................5
1. OBJETIVOS.......................................................................................................6
1.1 OBJETIVO GENERAL................................................................................6
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.......................................................................6
2. TITULO: FUERZA DE ROZAMIENTO...............................................................7
3. MARCO TEORICO............................................................................................7
3.1 FUERZA DE ROZAMIENTO.......................................................................7
3.1.1 Coeficiente de rozamiento....................................................................8
3.1.2 Fricción estática....................................................................................8
3.1.3 Rozamiento dinámico...........................................................................9
4. DESARROLLO DEL TRABAJO.......................................................................11
4.1 EJERCICIO 1............................................................................................11
4.2 EJERCICIO 2 PLANO INCLINADO..........................................................13
5. CONCLUSIONES............................................................................................15
6. APLICACIONES..............................................................................................16
7. BIBLIOGRAFIA................................................................................................17
INTRODUCCIÓN
En este trabajo práctico estudiamos las fuerzas de rozamiento tanto dinámica
como estática falseando las leyes de la dinámica y la relación entre fuerza de roce
y la normal. También observamos sus variaciones al alterar la masa del cuerpo y
el ángulo del plano inclinado en el caso de la fuerza de rozamiento estática.
Además determinamos el coeficiente de rozamiento para ambos casos.
La fuerza de rozamiento es una fuerza de resistencia al movimiento relativo de dos
cuerpos en contacto. Un sólido que reposa sobre una superficie plana y horizontal
está sometido a una reacción normal a la superficie que equilibra su fuerza peso;
al aplicarle una fuerza horizontal creciente en intensidad, el cuerpo está en reposo
pues tal fuerza queda equilibrada por una reacción tangencial del plano sobre el
cuerpo; aumentando la intensidad de dicha fuerza, llega un instante en que el
sólido empieza a deslizarse sobre la superficie: la resistencia de la superficie en
este momento es proporcional a la reacción normal siendo µe el coeficiente de
proporcionalidad, también llamado, coeficiente de rozamiento estático.
Por analogía la fuerza de resistencia en este punto también lleva el nombre de
fuerza de rozamiento estática. Si se supone que el movimiento ya está iniciado, se
tiene que el rozamiento es también proporcional a la fuerza normal, pero el
coeficiente de proporcionalidad µd, en este caso de rozamiento dinámico, es
menor que el estático. Por tanto el rozamiento en el instante en que se inicia el
movimiento es mayor que el valor que alcanza una vez que el movimiento está
establecido.
PLAN DE TRABAJO
1. OBJETIVOS
1.1OBJETIVO GENERAL
Determinar experimentalmente el coeficiente de rozamiento estático y dinámico
entre distintas sustancias o superficies que se encuentran en contacto.
1.2OBJETIVOS ESPECIFICOS
Se trata de poner en evidencia las fuerzas de rozamiento y que su umbral
depende de la naturaleza de las superficies rozantes.
Demostrar que las fuerzas de rozamiento no dependen del área de la superficie de
contacto.
Introducir los conceptos de coeficientes de rozamiento estático y coeficientes de
rozamiento cinético y demostrar que dependen de la naturaleza y acabado de las
superficies rozantes.
Determinar el coeficiente de rozamiento estático uB, en el deslizamiento por un
plano inclinado.
2. TITULO: FUERZA DE ROZAMIENTO
3. MARCO TEORICO
3.1FUERZA DE ROZAMIENTO
La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en
contacto y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los
cuerpos. Es la causante, por ejemplo, de que podamos andar (cuesta mucho más
andar sobre una superficie con poco rozamiento, hielo, por ejemplo, que por una
superficie con rozamiento como, por ejemplo, un suelo rugoso).
Existe rozamiento incluso cuando no hay movimiento relativo entre los dos
cuerpos que están en contacto. Hablamos entonces de Fuerza de rozamiento
estática. Por ejemplo, si queremos empujar un armario muy grande y hacemos
una fuerza pequeña, el armario no se moverá. Esto es debido a la fuerza de
rozamiento estática que se opone al movimiento. Si aumentamos la fuerza con
laque empujamos, llegará un momento en que superemos está fuerza de
rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda mover, tal como podemos
observar en la animación que os mostramos aquí. Una vez que el cuerpo empieza
a moverse, hablamos de fuerza de rozamiento dinámica. Esta fuerza de
rozamiento dinámica es menor que la fuerza de rozamiento estática.
La experiencia nos muestra que:
la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la
superficie de contacto entre los dos cuerpos, pero sí depende de cual sea la
naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la
formen y si es más o menos rugosa.
la magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto
es proporcional a la normal entre los dos cuerpos, es decir:
3.1.1 Coeficiente de rozamiento
El rozamiento es independiente de la velocidad y del
valor de la superficie de los cuerpos en contacto. Esta
fuerza depende de la naturaleza de los cuerpos en
contacto y del grado de pulimento de sus superficies.
Es proporcional a la fuerza que actúa sobre el móvil perpendicularmente al plano
de movimiento. A ésta última se la denomina fuerza normal (N). Por lo tanto
matemáticamente escribimos: Fr= µ·N, donde µ es un coeficiente característico de
las superficies en contacto, denominado coeficiente de rozamiento.
Coeficiente de rozamiento de
un cuerpo sobre otro es la
relación que existe entre la
fuerza de rozamiento y la que
actúa sobre el móvil
perpendicularmente a su plano de deslizamiento.
3.1.2 Fricción estática
Es la fuerza que se opone al inicio del movimiento. Sobre un cuerpo en reposo al
que se aplica una fuerza horizontal F, intervienen cuatro fuerzas:
F: la fuerza aplicada.
Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se
opone al movimiento.
P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa
por la aceleración de la gravedad.
N: la fuerza normal, con la que la superficie
reacciona sobre el cuerpo sosteniéndolo.
Dado que el cuerpo está en reposo la fuerza aplicada
y la fuerza de rozamiento son iguales, y el peso del cuerpo y la normal:
Se sabe que el peso del cuerpo P es el producto de su masa por la aceleración de
la gravedad (g), y que la fuerza de rozamiento es el coeficiente estático por la
normal:
esto es:
La fuerza horizontal F máxima que se puede aplicar a un cuerpo en reposo es igual
al coeficiente de rozamiento estático por su masa y por la aceleración de la
gravedad.
3.1.3 Rozamiento dinámico
Dado un cuerpo en movimiento sobre una superficie
horizontal, deben considerarse las siguientes fuerzas:
F: la fuerza aplicada.
Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se
opone al movimiento.
Fi: fuerza de inercia, que se opone a la
aceleración de cuerpo, y que es igual a la
masa del cuerpo m por la aceleración que
sufre a.
P: el peso del propio cuerpo, igual a su
masa por la aceleración de la gravedad.
N: la fuerza normal, que la superficie hace sobre el cuerpo sosteniéndolo.
Como equilibrio dinámico, se puede establecer que:
Sabiendo que:
se puede rescribir la segunda ecuación de equilibrio dinámico como:
Es decir, la fuerza resultante F aplicada a un cuerpo es igual a la fuerza de
rozamiento Fr más la fuerza de inercia Fi que el cuerpo opone a ser acelerado. De
lo que también se puede deducir:
Con lo que se tiene la aceleración a que sufre el cuerpo, al aplicarle una
fuerza F mayor que la fuerza de rozamiento Fr con la superficie sobre la que se
apoya.
4. DESARROLLO DEL TRABAJO
4.1EJERCICIO 1
MATERIAL BLANCO
M= 0.089 kg M1= 0.03kg
CUERPO 1
ΣFx = m*a
T-Fr= m*a
TµKn= m*a
n=w
w= 0.089 Kg * 9.8 m/s2
w= 0.784 N
CUERPO 2
ΣFy = m*a
W-T= m*a
FR = w
Fr= m1*g
µKn= m1*g
µK= m1*g/n
µK= m1*g/mB*g
µK= m1/mB → µK= 0.03Kg/0.089Kg → µK=0.33N
MATERIAL NARANJA
M= 0.089 kg M1= 0.0325kg
CUERPO 1
ΣFx = m*a
T-Fr= m*a
TµKn= m*a
n=w
w= 0.089 Kg * 9.8 m/s2
w= 0.784 N
CUERPO 2
ΣFy = m*a
W-T= m*a
FR = wFr= m1*gµKn= m1*gµK= m1*g/n
µK= m1*g/mB*gµK= m1/mB → µK= 0.0325Kg/0.089Kg →
µK=0.36N
MATERIAL ALUMINIO
M= 0.089 kg M1= 0.045kg
CUERPO 1
ΣFx = m*a
T-Fr= m*a
TµKn= m*a
n=w
w= 0.089 Kg * 9.8 m/s2
w= 0.784 N
CUERPO 2
ΣFy = m*a
W-T= m*a
FR = w
Fr= m1*g
µKn= m1*g
µK= m1*g/n
µK= m1*g/mB*g µK= m1/mB → µK= 0.045Kg/0.089Kg →
µK=0.50N
MATERIAL MADERA
M= 0.089 kg
M1= 0.0325kg
CUERPO 1
ΣFx = m*a
T-Fr= m*a
TµKn= m*a
n=w
w= 0.089 Kg * 9.8 m/s2
w= 0.784 N
CUERPO 2
ΣFy = m*a
W-T= m*a
FR = w
Fr= m1*g
µKn= m1*g
µK= m1*g/n
µK= m1*g/mB*g
µK= m1/mB → µK= 0.0325Kg/0.089Kg →
µK=0.36N
4.2EJERCICIO 2 PLANO INCLINADO
MATERIAL BLANCO
ʆ = 73.6°
M= 0.089 kg
W=0.089 kg*9.8m/s2 =0.872N
n= wy
n= wcosʆ
-Fr+WX= m*a
-µKn+ wsenʆ= m*a
Fr=wsenʆ
Fr= µK
0.872sen(73.6)/ 0.872cos(73.6)=
µK→3.28N
MATERIAL MADERA
ʆ = 71.7°
M= 0.089 kg
W=0.089 kg*9.8m/s2 =0.872N
n= wy
n= wcosʆ
-Fr+WX= m*a
-µKn+ wsenʆ= m*a
n= wx
Fr=wsenʆ
Fr= µK
0.872sen(71.7)/ 0.872cos(71.7)=
µK→3.02N
MATERIAL NARANJA
ʆ = 71.5°
M= 0.089 kg
W=0.089 kg*9.8m/s2 =0.872N
n= wy
n= wcosʆ
-Fr+WX= m*a
-µKn+ wsenʆ= m*a
n=wx
Fr=wsenʆ
Fr= µK
0.872sen(71.5)/ 0.872cos(71.5)=
µK→2.98N
MATERIAL ALUMINIO
ʆ = 66.7 °
M= 0.089 kg
W=0.089 kg*9.8m/s2 =0.872N
n= wy n= wcosʆ
-Fr+WX= m*a
-µKn+ wsenʆ= m*a
n=wx
Fr=wsenʆ
Fr= µK
0.872sen(66.7)/ 0.872cos(66.7)=
µK→2.32N
5. CONCLUSIONES
Las fuerzas de rozamiento dependen de la naturaleza de las superficies en
contacto, esto se ha demostrado experimentalmente donde se puede
comprobar que cuando más aspereza exista entre las superficies las
fuerzas de rozamiento serán mayores.
El coeficiente de rozamiento estático y cinético dependen de la naturaleza y
acabado de las superficies, pero a la vez van a depender también de la
masa o peso del objeto que va a deslizar, cuanto mayor sea la masa, mayor
será el coeficiente de rozamiento.
En un plano inclinado, con un ángulo de elevación cuando un determinado
objeto se desliza sobre él, se puede hallar el coeficiente de rozamiento
estático, el cual está dado por la tangente del ángulo que forma el plano.
El rozamiento siempre va en dirección contraria al movimiento.
Los coeficientes de rozamiento; tanto el coeficiente de rozamiento estático
como el coeficiente de rozamiento cinético son diferentes.
6. APLICACIONES
Disminuciòn: Uso de lubricantes para prevenir desgaste en partes de màquinas
Aumento: Crear imperfecciones en la superficie para que exista màs fricciòn, por
ejemplo en carreteras de concreto se hacen unas rayas para aumentar la fricciòn
de las llantas con el suelo. En la mayor parte de los casos reales entre las
superficies en contacto siempre existe algún elemento adicional interpuesto entre
los cuerpos involucrados. Este elemento puede ser muy influyente en el
coeficiente de fricción.
El valor del coeficiente de rozamiento podrá aumentar o disminuir, y dependerá en
cada caso, de la naturaleza y forma del elemento interpuesto.
Para la disminución del coeficiente de fricción, lo mas común es encontrar en la
unión el uso de un fluido líquido, este fluido recibe el nombre de lubricante y el
rozamiento se conoce como rozamiento húmedo o lubricado, en otros casos, se
introducen cuerpos sólidos esféricos y duros que facilitan en gran grado el
movimiento mutuo lo que se conoce como rozamiento por rodadura.
En algunos casos lo que se necesita es aumentar el coeficiente de fricción para
reducir o impedir el deslizamiento mutuo, en estos casos se acude a partículas
agudas y duras que se se oponen al movimiento al incrustarse en las superficies
debido a la carga P.
7. BIBLIOGRAFIA
Manuel Montoya - Física General 2da - Edición Ingeniería Lima - Perú 1985.
Víctor Orbegoso S. - Módulo cuatro para Física I.
Beatriz Alvarenga - Física
Laboratorio No 8 Fuerzas de Rozamiento y Coeficiente de Rozamiento Lic.
Pedro Paredes González.- 1999.
José Goldemberg - Física general y experimental 2da edición, Vol.1 editorial
interamericana, impreso en México.