INFORME 4 LAB FISICA I, Guías, Proyectos, Investigaciones de Física

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Rozamiento

DOCENTE: ALBERTO CONZA ANCAYPURO

CURSO: LABORATORIO FÍSICA I

ALUMNA: MARIA ESPERANZA HUAMANI GARCIA

CÓDIGO: 250893

GRUPO: G-112-A-LI

HORARIO: 9:00-11:00 am LUNES

1. Objetivo

En la cuarta práctica de laboratorio de física, titulada "Rozamiento", se busca alcanzar dos objetivos principales: primero, determinar los coeficientes de rozamiento estático y cinético mediante la observación del movimiento relativo de bloques sobre una superficie rugosa; segundo, realizar experimentos y análisis cuantitativos para medir la fuerza requerida para vencer el rozamiento estático y mantener el movimiento, lo que permitirá calcular los coeficientes y comprender su impacto en diferentes situaciones. El fin último de esta práctica es aplicar los conceptos teóricos del rozamiento en un entorno práctico, mejorando así nuestra comprensión teórica a través de la experimentación directa.

2. Fundamento teórico

Consideremos un bloque al que se le dio un impulso para deslizarse sobre un plano con cierta velocidad y que al cabo de cierto tiempo la misma disminuye y el bloque se detiene. Esta pérdida del momentum es una indicación de la existencia de una fuerza opuesta al movimiento denominada fuerza de Rozamiento o Fricción, cuyas leyes son: ➢ La fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque que desliza sobre un plano. ➢ La fuerza de rozamiento es proporcional a la fuerza normal que ejerce el plano sobre el bloque. ➢ La fuerza de rozamiento no depende del área aparente de contacto. ➢ Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad. Estas fuerzas se deben a la interacción entre las moléculas de los dos cuerpos, algunas veces llamadas cohesión y otras adhesiones dependiendo de si los cuerpos son del mismo o diferente material. La fuerza de rozamiento que evita que se inicie el movimiento es la fuerza de rozamiento estático fe la fuerza máxima posible de rozamiento estático está dada por: fe max=eN donde e es el coeficiente de rozamiento estático cuyo valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto y N es la fuerza de reacción normal a dichas superficies. La fuerza de rozamiento que se opone al movimiento una vez iniciado éste, es la fuerza de rozamiento cinético fc (o dinámico), dentro de un grado moderado de velocidades relativas, la fuerza de rozamiento entre dos superficies se aproxima mucho a la ecuación. fc=cN donde c es el coeficiente de rozamiento cinético.

3. Equipo y materiales

Bloques de madera, una polea, un portapesas, una regla métrica, un cronómetro, una balanza, un transportador y dos planchas de madera

4. Diagrama de instalación

Medida del coeficiente cinético de rozamiento

4. De acuerdo a la Fig. 1, encuentre el valor de la masa del bloque A (porta-pesas), para mover al bloque B con un MRUV (aceleración constante) en un tramo de 70 cm.
5. Misa las masas de A (porta-pesas + masa agregada). luego mida la masa del bloque B.
6. Mida 3 veces el tiempo que demora el bloque en recorrer los 70 cm y halle el tiempo promedio.
7. Repita los pasos 4, 5 y 6 para diferentes masas del bloque B y registre los resultados en la tabla 2.

6. Observaciones experimentales

a) Explique cómo puede comprobar Ud. experimentalmente que la fuerza de

rozamiento no depende del área de contacto.

Sometiendo 2 áreas diferentes de dos cuerpos con pesos iguales a una misma superficie. Se puede apreciar que en ambos casos se tienen los mismos valores de normal dado que la masa del objeto no varía, es decir:

𝑓 1 = μ𝑁 y𝑓 2 = μ𝑁

4. Completar la tabla 3 y muestre el procedimiento que Ud. sigue para encontrar 𝑓𝑒 y μ𝑒 y determine el promedio deμ𝑒

Calculamos 𝑊 = 𝑚𝑎𝑠𝑎𝐵 𝑥 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑𝐶𝑈𝑆𝐶𝑂

5 𝑑𝑦𝑛 = 1𝑘𝑔. 𝑚/𝑠

2

➔ 𝑊1𝐵 = 278. 8 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 2723. 876 𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑊1𝐵 = 2723. 876 × 10−3^ 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2 = 2, 723 876 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑊2𝐵 = 406. 6 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 3, 972482 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑊3𝐵 = 570. 0 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 5, 568900 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑊4𝐵 = 441. 1 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 4, 309547 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑊5𝐵 = 533. 6 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 5, 213272 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

Calculamos 𝑇 = 𝑚𝑎𝑠𝑎𝐴 𝑥 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑𝐶𝑈𝑆𝐶𝑂

➔ 𝑇1𝐴 = 272. 8 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 2, 665256 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑇2𝐴 = 351. 5 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 3, 434155 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑇3𝐴 = 510. 8 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 4, 990516 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑇4𝐴 = 348. 1 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 3, 400937 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

➔ 𝑇5𝐴 = 506. 5 𝑔 × 9. 77 𝑚/𝑠^2 = 4, 948505 𝑘𝑔. 𝑚/𝑠^2

Ordenamos los datos respecto al peso y la tensión en forma ascendente en el orden siguiente: 1,2,4,5, 𝑓𝑒 = μ𝑁 = μ. 𝑚𝑔

μ𝑒 =

𝑚𝐴 𝑚𝐵

Ordenamos los datos respecto a la fricción estática y el coeficiente de rozamiento en forma ascendente en el orden siguiente: 1,2,4,5,

5. Grafique la fuerza de rozamiento estático en función de la fuerza normal. f = f (N) en donde N viene a ser W bloque B), ¿Qué tipo de ecuación le asocia al gráfico anterior y cuál es la expresión matemática que le corresponde a dicha gráfica?.

(^11) )−5(1621917,7)(8.81663*10 (^11) )

5(9.99632*10^11 ) −(1621917,7)^2

6

𝑏 ≅ 2205100

𝑓 𝑒

= 0. 542335𝑁 + 2205100𝑑𝑦𝑛

Medida del coeficiente cinético de rozamiento

4. Completar la tabla 4 y muestre el procedimiento que Ud. sigue para

encontrar a( 𝑐𝑚/𝑠^2 ),^ 𝑓𝐾y 𝝁𝐾.

ACELERACIÓN 𝑎 =

2

8. Conclusiones
   9. Sugerencias

Mi sugerencia principal es que se debe medir muy bien las masas de los objetos para que cuando se calculen los coeficientes de fricción, las fuerzas estáticas, cinéticas los resultados pueden variar mucho al aplicar las fórmulas dando como resultado podríamos obtener respuestas muy alejadas de lo estimado, casi saliéndose de las reglas de la física, mientras más cercanos al valor real estemos, más perfectas sean nuestros resultados. Desde mi punto de vista personal sugiero experimentar con diversas superficies para evaluar el cómo afectan los coeficientes de rozamiento al movimiento; utilizar sensores electrónicos para mediciones más exactas de tiempo y las fuerzas que emergen producto de la acciòn del campo gravitatorio y las irregularidades de las superficies de los materiales empleados; aplicar análisis estadístico para asegurar la confiabilidad de los datos; incluir discusiones teóricas post-laboratorio para confrontar resultados experimentales con teorías; y examinar aplicaciones reales en ingeniería y tecnología que resalten la relevancia del rozamiento.

10. Cuestionario

1. ¿Cuáles son las diferencias entre fricción estática y cinética, y

cómo se comparan sus coeficientes?

Diferencias principales:

entre los pies y el suelo, sería imposible caminar sin resbalar. Los zapatos de escalada están diseñados para maximizar la fricción y proporcionar agarre en superficies rocosas. La fricción también ofrece un gran aporte en la generación de calor : en aplicaciones industriales, la fricción se usa para generar calor, como en el encendido de fósforos o en procesos como el mecanizado de metales.

En cuanto optimización y minimización de la fricción

● Optimización (para un mejor rendimiento en sistemas que dependen de la fricción): En primer lugar considero el uso de compuestos de alta fricción en frenos y neumáticos para mejorar el agarre en carreteras mojadas o resbaladizas. Luego el diseño de suelas de zapatos con patrones específicos para mejorar la tracción. En cuanto a una imperfección en maquinarias, considero conveniente un ajuste adecuado de presiones en sistemas de contacto para maximizar la fricción donde es necesaria (como en embragues automotrices). Finalmente, es esencial la aplicación de texturas y revestimientos en herramientas de agarre para evitar el deslizamiento si es que este no es deseado. ● Minimización (reducción de desgaste y pérdida de energía): Considero importante el uso de lubricantes en motores y maquinaria para disminuir el rozamiento entre piezas móviles. Luego el empleo de materiales de baja fricción, como plásticos o polímeros específicos en sistemas de deslizamiento. Tambien es adecuado el diseño aerodinámico en automóviles y aeronaves para reducir la resistencia al avance y la aplicación de cojinetes de bolas o rodamientos para reducir la fricción en ejes y mecanismos rotatorios como los rodajes, ruedas…

3. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la fricción?

La fricción en física contiene efectos positivos y negativos, los cuales podemos emplear de acuerdo a las necesidades humanas (y no humanas) situacionales. Entre sus ventajas, permite el desplazamiento controlado, facilita el frenado, genera calor en aplicaciones específicas y ayuda a la fijación de objetos. Sin embargo, sus desventajas incluyen el desgaste de materiales, la pérdida de energía en forma de calor, el aumento del consumo de combustible y la resistencia al movimiento en ciertas condiciones. En ingeniería, se optimiza mediante el uso de lubricantes y rodamientos para reducir sus efectos perjudiciales.

La fricción en la ingeniería electrónica influye en diversos aspectos clave. En conexiones eléctricas , el desgaste por fricción afecta la calidad de los contactos, incrementando la resistencia y causando pérdidas de energía y sobrecalentamiento. En componentes móviles , como los actuadores, la fricción disminuye la eficiencia y acelera el deterioro de piezas. Además, en disipación térmica , se aprovecha en ciertos sistemas de refrigeración para mejorar la transferencia de calor. Finalmente, en fabricación de circuitos electrónicos , la fricción interviene en procesos de soldadura y ensamblaje, afectando la precisión de las uniones.