FUERZA DE FRICCION. F 1. F s. Figura 1 OBJETIVOS: PERSPECTIVA: TEORIA.

Transcripción

1 FUERZA DE FRICCION. OBJETIVOS: Obtener el coeficiente de fricción cinético entre 2 superficies. Obtener la fuerza de fricción entre dos superficies. Obtener la aceleración de un cuerpo, cuando la fricción esta presente. PERSPECTIVA: Siempre que un cuerpo se mueve en contacto con otro objeto, existen fuerzas de fricción que se oponen al movimiento. Estas fuerzas son consecuencia de la adhesión de una superficie a la otra y por las irregularidades en las superficies en roce. Es precisamente esta fricción la que mantiene a un clavo dentro de una tabla, la que nos permite caminar y la que hace que los frenos de un automóvil funcionen. En estos casos la fricción tiene un efecto deseable. No obstante, en algunos es necesario minimizar el efecto de la fricción. Por ejemplo, la fricción aumenta el trabajo para operar alguna máquina, cusa desgaste y genera calor, que en muchos casos provoca a su vez daños adicionales. En esta práctica obtendrás la aceleración de un cuerpo sometido a diferentes fuerzas, entre ellas la fuerza de fricción cinética. Además obtendrás el coeficiente de fricción cinético entre superficies. TEORIA. Siempre que una superficie se desliza sobre otra, la fuerza de fricción ejercida por cada cuerpo sobre el otro es paralela a las dos superficies. Suponga que una fuerza se ejerce sobre un bloque que descansa en reposo sobre una superficie horizontal como se muestra en la figura 1. F 1 F s Figura , Area de Física, Depto. de Ciencias, Universidad Iberoamericana, Plantel Santa Fe, México, D.F. 1

2 Al principio el bloque no se moverá debido a la acción de una fuerza llamada fuerza de fricción estática f s. Pero a medida que la fuerza aplicada se aumenta, llega un momento en que se provoca el movimiento del bloque y la fuerza de rozamiento ejercida por la superficie horizontal mientras el bloque se encuentra en movimiento se denomina fuerza de fricción cinética f k, esto se muestra en la figura 2. v f k Figura 2 En esta práctica obtendrás la fuerza de fricción y el coeficiente de rozamiento entre dos superficies ACTIVIDAD I: Para esta práctica necesitas el siguiente material: un cubo de madera una polea una regla computadora con los programas VideoPoint y el Digital Video Producer cámara de vídeo una pesa una tabla con diferentes superficies regla bloque de madera Cámara de video Computadora pesa Figura , Area de Física, Depto. de Ciencias, Universidad Iberoamericana, Plantel Santa Fe, México, D.F. 2

3 1. Arma el dispositivo que se muestra en la figura Dibuja el diagrama de cuerpo libre para el bloque de madera y para la pesa, considera que el sistema no esta en equilibro, esto es, tanto la pesa como el bloque de madera experimentan aceleración. 3. Escribe las ecuaciones de las fuerzas para el bloque y para la pesa, discútelas con tu profesor o profesora. Preguntas de Predicción. 1. Consideras que la aceleración del bloque de madera y la aceleración de la pesa es la misma? 2. Cómo calcularías la aceleración del bloque de madera? ACTIVIDAD II: En esta actividad obtendrás la aceleración del bloque de madera y de la pesa, con ayuda del programa VideoPoint y del programa Graphical Analysis for Windows. 1.Coloca el bloque de madera en cualquier superficie que elijas, cuando lo sueltes, graba el movimiento del bloque. 2.Entra a VideoPoint y corre el vídeo haciendo clic en cada posición del bloque y de la pesa. De esta manera obtendrás tus datos de tiempo y posición. 3.Toma los datos necesarios, el profesor te indicará los necesarios. No olvides la escala. 4.Copia tus datos de VideoPoint y pégalos en Graphical Analysis for Windows.. En una ventana gráfica en el eje Y la posición en x del bloque de madera y en eje X el tiempo, en otra ventana gráfica en el eje Y la posición en y de la pesa y en eje X el tiempo. 5. Coloca el cursor en la gráfica con los datos del bloque y obtén la ecuación que mejor ajusta tus puntos experimentales, repite lo anterior con la gráfica que tiene los puntos de la pesa. 6.De la ecuación de ajuste del bloque, obtén la aceleración. De manera similar obtén la aceleración de la pesa. Compara estos resultados con tu respuesta de la pregunta 1 de la actividad 1. 7.De acuerdo a las ecuaciones de las fuerzas que escribiste en la Actividad I, sustituye la aceleración del bloque y de la pesa y obtén la fuerza de fricción. Con esta fuerza de fricción obtén el coeficiente de fricción entre la superficie del bloque de madera y la que elegiste. 2000, Area de Física, Depto. de Ciencias, Universidad Iberoamericana, Plantel Santa Fe, México, D.F. 3

4 8. Considera que no hay fricción, entre la superficie y el bloque de madera y obtén su aceleración, compara esta aceleración con la que obtuviste considerando que la fricción. Qué porcentaje se redujo? REFERENCIAS. BOROWITZ, BEISER. Essentials of Physics, edit. Addison-Wesley, New York Primera Edición. RESNICK, HALLIDAY, KRANE Física, edit. CECSA, Tercera edición. México, TIPPENS Física Aplicada 2000, Area de Física, Depto. de Ciencias, Universidad Iberoamericana, Plantel Santa Fe, México, D.F. 4

5 Tips para el Profesor. Esta práctica la puedes trabajar por equipos, designando a cada equipo una superficie diferente o en su defecto que cada equipo utilice un bloque de madera de distinta masa y que obtengan la fuerza de fricción. Y encontrar la relación entre el peso del bloque y la fuerza de fricción. Enseguida se presentan los datos 2000, Area de Física, Depto. de Ciencias, Universidad Iberoamericana, Plantel Santa Fe, México, D.F. 5