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Instituto Politécnico Nacional

Departamento de formación básica.

Coeficientes de fricción, PRACTICA 7. Profesor: Rodríguez Hernández Irma. Alumno: Fabian Zayas Tania Nallely 1PM11

PRIMER MEMESTRE

Objetivo General: El alumno será capaz de determinar los coeficientes de fricción aplicando las Leyes de Newton, así como conceptos del movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado.

Objetivo (Competencia): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente.

Objetivos específicos 1. Aplicar conceptos teóricos previos sobre las cantidades físicas que intervienen en un sistema dinámico y estático. 2. Plantear el diagrama de cuerpo libre para un sistema de polea con dos masas. 3. Plantear el diagrama de cuerpo libre para un sistema estático. 4. Obtener las ecuaciones de los sistemas experimentales mediante la aplicación de las leyes de Newton. 5. Calcular el coeficiente de fricción cinético ฀𝜇฀฀ y el coeficiente de fricción estático ฀𝜇฀฀ en un sistema madera-madera. 6. Calcular el coeficiente de fricción estático ฀𝜇฀฀ en un sistema madera-lija. 7. Desarrollar habilidades para la manipulación de materiales y equipo experimental.

Introducción. DINÁMICA Es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. CARACTERÍSTICAS DE LA DINÁMICA La dinámica estudia el movimiento de los cuerpos, el origen y su predicción La estática estudia los cuerpos en reposo La cinemática estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar qué lo ocasionó; es decir, solo se enfoca en su trayectoria CALCULO DE LA DINÁMICA En mecánica clásica y mecánica relativista, mediante de los conceptos de desplazamiento, velocidad y aceleración es posible describir los movimientos de un cuerpo u objeto sin considerar cómo han sido producidos, disciplina que se conoce con el nombre de cinemática. El cálculo dinámico se basa en el planteamiento de ecuaciones del movimiento y su integración. Para problemas extremadamente sencillos se usan las ecuaciones de la mecánica newtoniana directamente auxiliados de las leyes de conservación. En mecánica clásica y relativista, la ecuación esencial de la dinámica es la segunda ley de Newton (o ley de NewtonEuler) en la forma:

COEFICIENTE DE FRICCIÓN. La fuerza de rozamiento o de fricción (FR−→) es una fuerza que surge por el contacto de dos cuerpos y se opone al movimiento. El rozamiento se debe a las imperfecciones y rugosidades, principalmente microscópicas, que existen en las superficies de los cuerpos. Al ponerse en contacto, estas rugosidades se enganchan unas con otras dificultando el movimiento. Para minimizar el efecto del rozamiento o bien se pulen las superficies o bien, se lubrican, ya que el aceite rellena las imperfecciones, evitando que estas se enganchen.

Características de la fuerza de rozamiento o de fricción A grandes rasgos, las características de la fuerza de rozamiento se pueden resumir en los siguientes puntos: •

Se opone al movimiento de un cuerpo que se desliza en contacto con otro.

•

Depende de 2 factores: o la naturaleza de los materiales que se encuentran en rozamiento y el tratamiento que han seguido. Este factor queda expresado por un valor numérico llamado coeficiente de rozamiento o de fricción. o la fuerza que ejerce un cuerpo sobre el otro, es decir, la fuerza normal.

¿Cómo se calcula la fuerza de rozamiento o de fricción? Cuando el cuerpo está en reposo. La fuerza de rozamiento tiene el mismo módulo, dirección y sentido contrario de la fuerza horizontal (si existe) que intenta ponerlo en movimiento sin conseguirlo. Cuando el cuerpo está en movimiento. Como la fuerza de rozamiento depende de los materiales y de la fuerza que ejerce uno sobre el otro, su módulo se obtiene mediante la siguiente expresión: Fr=μ⋅N donde:

•

FR es la fuerza de rozamiento μ es el coeficiente de rozamiento o de fricción

•

N es la fuerza normal

•

Leyes Clásicas del Rozamiento Las leyes clásicas del rozamiento describen los factores de los que depende la fuerza de rozamiento. Fueron denunciadas por Guillaume Amontons (1663-1705) y Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) y establecen que: • • • •

La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos es proporcional a la fuerza normal que ejerce un cuerpo sobre el otro. La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto de ambos cuerpos, aunque sí de la naturaleza de sus materiales. La fuerza de rozamiento no depende de la velocidad a la que se deslicen los cuerpos. La fuerza de rozamiento tiene sentido opuesto al movimiento (a la velocidad).

Partiendo de estos factores, matemáticamente la fuerza de rozamiento se obtiene por medio de la siguiente expresión: F→r=−μ⋅N⋅u→v donde: F→r es la fuerza de rozamiento. μ es el coeficiente de rozamiento. Se trata de un valor adimensional que depende de la naturaleza y del tratamiento de las sustancias que están en contacto. N es el módulo de la fuerza normal. u→v es un vector unitario en la dirección y sentido del vector velocidad. Observando la ecuación anterior, podemos concluir que su módulo es: Fr=μ⋅N

Tipos de Fuerza de Rozamiento. Aunque podamos pensar que la fuerza de rozamiento es única, en realidad podemos distinguir dos tipos. Para entenderlo lo ilustraremos con un ejemplo. Imagina que comienzas a empujar un cuerpo y no consigues moverlo. A medida que comienzas a aumentar la fuerza que aplicas el cuerpo comienza a deslizar. Por tanto, podemos distinguir dos fases, una que se produce antes de empezar a moverse y otra cuando se encuentra en movimiento. •

En la primera fase, aunque aplicas la fuerza, este no se mueve. Si no se mueve, la resultante de las fuerzas que se aplican son nulas o lo que es lo mismo, la fuerza que aplicas y la fuerza de rozamiento se anulan: F→=−F→r

•

En la segunda fase, el cuerpo comienza a deslizarse y la fuerza necesaria para mantenerlo en movimiento es menor que la que se necesita para iniciarlo.

Por tanto, se distinguen dos tipos de fuerza de rozamiento por deslizamiento: la fuerza de rozamiento estática (F re) y que se ejerce mientras el cuerpo se encuentra bajo la acción de una fuerza que no le confiere movimiento y la fuerza de rozamiento dinámica (F rc) que se ejerce cuando el cuerpo se encuentra en movimiento. En cualquier caso se cumple que: Frc...