ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO

Transcripción

1 ROZAMIENTO POR DESLIZAMIENTO 1. OBJETIVO Medida de los coeficientes de rozamiento estático y cinético en diferentes superficies. Cálculo del trabajo que se realiza para mover los bloques. 2.- FUNDAMENTOS TEÓRICOS Al aplicar una fuerza horizontal sobre un objeto que descansa apoyado en una superficie, aparece una fuerza denominada fuerza de rozamiento, que se caracteriza por: - oponerse al movimiento del objeto, - ser proporcional a la fuerza normal que la superficie ejerce sobre el objeto, - no depender del área de contacto entre objeto y superficie, pero sí de cuál sea la naturaleza de las dos superficies de contacto, es decir, de los materiales y de su rugosidad, y - ser independiente de la velocidad, una vez iniciado el movimiento. Por lo tanto, la magnitud de la fuerza de rozamiento va a venir expresada por la ecuación: f r = µ F N (1) siendo F N la fuerza normal ejercida por la superficie e igual en módulo a la componente vertical del Peso del objeto, y µ el coeficiente de rozamiento, distinguiéndose entre el coeficiente de rozamiento estático, µ e, y el coeficiente de rozamiento cinético, µ c, siendo siempre el primero mayor que el segundo: µ e > µ c (2) El rozamiento estático es aquél que aparece entre dos cuerpos por el simple hecho de estar en contacto, así si por ejemplo pretendemos empujar un armario muy grande y aplicamos una fuerza pequeña, el armario no se moverá debido a la fuerza de rozamiento estática. Al aumentar la fuerza de empuje, llegará un momento en que se supere esta fuerza de rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda mover. Una vez que el objeto empiece a moverse hablaremos de fuerza de rozamiento cinética y por lo tanto de rozamiento cinético. El trabajo que se realiza en el desplazamiento de los bloques viene definido a través de la expresión (3): dw = Fds W = Fscos φ (3) Siendo F, la fuerza, s, el desplazamiento y φ el ángulo formado entre ellos

2 3.- MATERIAL UTILIZADO 3 Bloques de diferente superficie 4 Masas de 500 g Sensor de Fuerza Sensor de Desplazamiento Ordenador 4.- EXPERIMENTACIÓN El dispositivo experimental utilizado es sencillo (figura 1), únicamente se necesita un bloque que se desplace sobre una superficie, un sensor de fuerza que nos indique la fuerza aplicada, y un sensor de desplazamiento que nos registre la distancia recorrida.. Figura 1. Dispositivo experimental Los sensores están conectados a puertos USB del ordenador. La adquisición de datos se realiza a través del software DataStudio. Para iniciar el programa, pulse en el icono del software que aparece en el escritorio. A la pregunta cómo desea usar DataStudio? Seleccione Abrir actividad y busque en Disco local (C:)/LABORATORIO FÍSICA I/ el fichero plantilla; al abrirlo aparecerá una pantalla dividida en tres zonas A, B y C (ver figura 2). En la zona A ( Resumen de datos ), aparecen los sensores que van a ser utilizados. En la zona B se indican las diferentes pantallas de datos que pueden mostrarse, siendo en la zona C donde se visualizan. Las pantallas que serán de utilidad en el transcurso de la práctica son: : Las pantallas de gráficos representan los datos del sensor con respecto al tiempo. : muestra los datos en columnas. : muestra el valor de la fuerza en cada momento durante la ejecución del experimento

3 Figura 2. Pantalla Inicial Debe verificarse que los sensores están activos, en caso de no ser así aparecerá una exclamación en color amarillo al lado del mismo, tal y como se indica en la figura 3. Si esto ocurre deberán comunicárselo a un responsable del laboratorio. Figura 3. Sensor no Activo Previamente a la realización de la toma de datos, se procederá a configurar el experimento y a establecer las condiciones de ensayo. En la pestaña ( Configuración del experimento ), ver figuras 4 y 5, se elige la frecuencia de muestreo. Una vez establecidos los parámetros de ensayo, se procederá a enganchar cada bloque, cargado con la masa que se desee, al sensor a través de un cordón. Antes del inicio de la medida, y cuando sobre el sensor de fuerza no se ejerza aún ninguna fuerza, presionen el botón que se encuentra en la parte superior del sensor para tararlo a cero. Podrán comprobar si efectivamente dicho sensor se encuentra en el punto 0.0 N al iniciar el experimento, si la pantalla del medidor digital se encuentra abierta. El sensor de desplazamiento se localiza detrás del bloque para registrar el desplazamiento

4 Figura 4 y 5. Configuración del Experimento Si han comprobado que todo está correcto pulsen el botón y comiencen - 4 -

5 lentamente a tirar del sensor, con dirección paralela a la superficie, manteniendo el bloque en movimiento durante unos segundos. Cuando consideren dar por finalizada la experiencia pulsen sobre el botón. Las diferentes tomas de datos irán apareciendo en la sección A de la pantalla con la notación Ensayo 1, Ensayo 2.. Estas leyendas pueden cambiarse por otras que se deseen colocando el puntero del ratón sobre ellas y pulsando el botón izquierdo del mismo dos veces de forma discontinua. Cuando se realice una toma de datos no válida, ésta podrá eliminarse seleccionando en el menú principal Experimento Suprimir último ensayo de datos. Una vez realizada la toma de datos, sobre el gráfico obtenido (fuerza de rozamiento = f (tiempo)) podrán medir los valores de la fuerza de rozamiento estática, f e, (figura 5) y de la fuerza de rozamiento cinética, f c, (figura 6). Para conocer los valores de las fuerzas, seleccionamos los puntos adecuados con el puntero del ratón (zona amarilla) y pulsando sobre el icono, ubicado en la parte superior del gráfico, podremos leer el valor buscado. Figura 5. Toma de Datos Figura 6. Toma de Datos Como puede observarse, la fuerza de rozamiento estática corresponde al máximo valor alcanzado. Superado ese valor, la fuerza de rozamiento disminuye y permanece constante (fuerza de rozamiento cinética) Cálculo de los coeficientes de rozamiento, µ e y µc. Determinen los coeficientes de rozamiento estático y cinético para las diferentes superficies. Para cada bloque realicen 4 experimentos con masas diferentes. Representen f e =f(f N ) y f c =f(f N ). Realicen un ajuste por mínimos cuadrados (regresión lineal) y obtengan los valores buscados. Para la realización de las representaciones y de los ajustes pueden utilizar Excel u otra hoja de cálculo. Comenten los resultados obtenidos Cálculo del trabajo realizado Determinen, a partir del desplazamiento medido por el sensor, el trabajo realizado para cada bloque mediante la expresión (3). Comenten los resultados obtenidos

6 Para la realización de los gráficos y ajustes pueden utilizar Excel u otra hoja de cálculo. En todos los ordenadores del laboratorio está instalada la hoja de cálculo Excel y el procesador de datos Word. Todos los ordenadores se encuentran en red con una impresora, ubicada en el laboratorio, disponible para la impresión de los datos y gráficos que deseen. Al terminar la práctica, entreguen una copia de los datos experimentales obtenidos indicando el título de la práctica, sus nombres y apellidos, grupo de teoría al que pertenecen y fecha de realización. En el Informe a entregar se deben incluir todas las tablas de datos, las gráficas y ajustes realizados, los valores calculados y su comparación con los valores reales, comentando los posibles errores cometidos, y las conclusiones obtenidas