COEFICIENTE DE FRICCIÓN

C .Rodríguez, D. Gutiérrez, J.A. Lagares, J.J. Saltarín (Grupo10 )

Universidad del Atlántico

Departamento de Física

RESUMEN: En el siguiente articulo se detallan los resultados de la experiencia basada en

la determinación del coeficiente de fricción estático y cinético de un bloque de madera de

masa m, aplicando los conocimientos previos respecto a la dinámica y a las fuerzas de

fricción; las formulas empleadas fueron las de componentes de fricción estático y cinético,

teniendo en cuenta la variación de m para cada uno de los intentos realizados.

INTRODUCCIÓN

Las fuerzas aplicadas sobre un bloque

ubicado en un plano inclinado rugoso son

la fuerza de la gravedad, mg, la fuerza

normal, n, y la fuerza de fricción, f. por la

conveniencia, la fuerza de la gravedad se

descompone en una componente a lo

largo de la pendiente y en una

componente perpendicular. Para concluir

las únicas fuerzas q actúan en el bloque

son la de la gravedad, la fuerza normal,

y la fuerza de fricción estática si

tomamos x paralela al plano y y

perpendicular a el y de esta a forma

podríamos ver aplicada la segunda ley

de newton. Es lo descrito para la

experiencia que se realizo en el

laboratorio.

DISCUSIÓN TEÓRICA

En Física existe una rama específica que

se ocupa del estudio de la dinámica

(tratado del movimiento de los cuerpos y

de las fuerzas que se ejercen sobre

ellos). La primera y la segunda de las

leyes de Newton, que se basaron en

estudios de Galileo Galilei, tratan del

concepto dinámico de fuerza.

La primera de las leyes de Newton dice

que un cuerpo se mantendrá en reposo o

movimiento uniforme, salvo que sobre él

actúe una fuerza.

La segunda de las leyes de Newton,

expresa que la variación del movimiento

de los cuerpos es proporcional a la

fuerza que se ejerce sobre él.

El impulso de una fuerza (constante) es

el producto de la misma por el tiempo

que actúa y produce una variación en la

cantidad de movimiento sobre el cuerpo

afectado. La cantidad de movimiento se

obtiene del producto de su masa por su

velocidad. [1]

Fuerza De Fricción:

Cuando un cuerpo se mueve ya sea

sobre la superficie o a través de un

medio viscoso, como el aire o el agua,

hay una resistencia al movimiento debido

a que el cuerpo interactúa con sus

alrededores. Dicha resistencia recibe el

nombre de fuerza de fricción. Estas

fuerzas son muy importantes en nuestras

vidas cotidianas. Nos permiten caminar o

correr y son necesarias para el

movimiento de vehículos rodantes.

Si aplicamos una horizontal externa F a

un bloque sobre la mesa horizontal,

hacia la derecha, el bloque permanece

estacionario si F no es suficientemente

grande. La fuerza que se contrapone a F

evita que el bloque se mueva actúa hacia

la izquierda y recibe el nombre de fuerza

friccionante, f. Mientras el bloque no está

en movimiento, f = F. Puesto que el

bloque está estacionario, llamamos a

esta fuerza fraccionante la fuerza de

fricción estática, fe.

Los experimentos muestran que la fuerza

surge de los puntos de contacto que

empujan hacia afuera, mas allá del nivel

de las superficies, incluso en superficies

que en apariencia son muy lisas, (si las

superficies están limpias y son suaves a

nivel atómico, es probable que se

mantengan unidas cuando se efectúa el

contacto). La fuerza friccionante surge en

parte a un pico que bloquea físicamente

el movimiento de un pico de la superficie

opuesta y en parte del enlace químico de

puntos opuestos cuando entran en

contacto. Si las superficies son rugosas,

es probable que ocurra el rebote, lo que

complica aún más el análisis. Si bien los

detalles de la fricción son bastantes

complejos en un contexto atómico, a fin

de cuenta aplican a la fuerza

electrostática entre átomos o moléculas.

Si incrementamos la magnitud de F, en

algún momento el bloque se deslizara.

Cuando el bloque está a punto de

deslizarse, fe es un máximo. Cuando F

supera a femáx, el bloque se mueve y

acelera hacia la derecha. Cuando esta

en movimiento, la fuerza friccionante

retardadora es menor que fe,máx. Cuando

el bloque esta en movimiento, la fuerza

retardadora recibe el nombre de fuerza

de fricción cinética, f. La fuerza des

balanceada en la dirección +x,F-fc,

acelera el bloque hacia la derecha. Si F

= fc, el bloque se mueve hacia la derecha

con velocidad constante. Si se elimina la

fuerza aplicada F, entonces la fuerza

friccionante f que actúa hacia la izquierda

acelera a el bloque en la dirección –xy en

algún momento lo pone en reposo.

Experimentalmente se encuentra que,

hasta una buena aproximación, tanto

fe,máx como fc son proporcionales a la

fuerza normal que actúa sobre el bloque.

Las observaciones experimentales

pueden resumirse con las siguientes

leyes de fricción empírica:

La dirección de la fuerza de

fricción estática entre

cualesquiera dos superficies en

contacto se ponen a la dirección

de cualquier fuerza aplicada y

puede tener valores.

f e≤ μe n

Donde la constante a dimensional μe

recibe el nombre de coeficiente de

fricción estática, y n es la magnitud de

la fuerza normal. La igualdad se cumple

cuando el bloque esta a punto de

deslizarse, es decir, cuando fe = fe,máx = μ

en.

La desigualdad se cumple cuando la

fuerza aplicada es menor que este valor.

La dirección de la fuerza de la

fricción cinética que actúa sobre

un objeto es opuesta a la

dirección de su movimiento y esta

dada por:

Fe = μcn

Donde μc es el coeficiente de fricción

cinética

Los valores de μc y μe dependen

de la naturaleza de las

superficies, aunque μc es, por lo

general, menor que μe. Los

valores característicos de μ varían

casi 0.05 hasta 1.5

Los coeficiente de fricción son

casi independientes del área del

contacto entre la superficie.

Por ultimo, si bien el coeficiente de

fricción cinética varia con la velocidad,

debemos ignorar dichas variaciones. La

naturaleza aproximada de las ecuaciones

se demuestra fácilmente tratando de

lograr que el bloque se deslice hacia

abajo por un plano inclinado a velocidad

constante. En especial a bajas

velocidades, es probable que el

movimiento se caracterice por episodios

de adherencias y deslizamientos. [2]

MÉTODOS EXPERIMENTALES

Los materiales utilizados para la esta

experiencia fueron los siguientes:

Un plano

Bloque de madera

Hilo o pita

Regla

Polea

Porta-pesas

Juego de pesas

Cuando comenzamos se colocó el plano

en un ángulo θ pequeño y en cualquier

punto del plano colocamos el bloque.

Se hizo variar el ángulo θ hasta

conseguir que el bloque iniciara el

movimiento. Luego medimos el valor del

ángulo θ. Se repitió varias veces el

experimento con la misma superficie del

bloque y en cada una de ellas hallamos

el respectivo ángulo.

Una vez determinado el ángulo bajo el

cual el bloque inició su movimiento,

varíanos su masa, colocando pesas

sobre él y analizamos si era necesario

variar el ángulo para que el cuerpo

iniciara su movimiento. También se

experimentó con las dos superficies del

bloque, la de caucho y la de madera.

Colocamos un cuerpo de masa M

(bloque de madera) sobre el plano

inclinado (alrededor de θ = 45°) y

pusimos un peso mg en el platillo. Con la

mano, le dimos una pequeña velocidad a

v hacia abajo y si se mantiene constante,

tenemos:

Se colocó el peso m.g hasta que el

cuerpo M, golpeado hacia arriba, subiera

De las dos ecuaciones anteriores se

dedujo:

PREGUNTAS

1. Por qué el coeficiente de fricción

estática no permanece constante

cuando se realizan varias mediciones

con cada cuerpo?

Porque cada cuerpo tiene un coeficiente

de fricción estático diferente que de

pende de la naturaleza del que esté

hecho. Como en todos estos casos la

aceleración es cero, la fuerza F aplicada

es igual y opuesta a la fuerza de fricción

estática Fe , ejercida por la superficie.

2. ¿Qué efecto tiene el área de la

superficie y el peso del cuerpo en el

coeficiente de fricción estática? ¿En la

fricción dinámica?

El área del cuerpo no influye en la

fricción por lo tanto tampoco en el cálculo

del coeficiente estático ó cinético.

Mientras tanto el peso del cuerpo si ya

que a través de él podemos hallar la

fuerza normal y calcular los coeficientes

dividiendo la fuerza necesaria para que

el cuerpo se mueva (fuerza de fricción)

entre la normal.

3. Con las mediciones que se usaron en

la medida del coeficiente de fricción

estática para encontrar el ángulo θe

determine el límite máximo de error y el

error relativo en la edición indirecta?

Con las mediciones que se usaron en la

medida del coeficiente de fricción

estática para encontrar el ángulo θe

determine el límite máximo de error y el

error relativo en la medición indirecta.

4. ¿Qué efecto tendrá la polea en la

precisión del coeficiente de fricción

dinámica?

La polea nos ayudará a encontrar más

precisión en el cálculo del coeficiente si

ella se encuentra bien lubricada ya que

tendía más sensibilidad al cambio de

fuerza (peso) necesaria para mantener el

conjunto en equilibrio.

5. ¿Estaba el plano inclinado estático

cuando se hizo variar el ángulo? ¿Qué

efecto tiene esto en la Medición del

coeficiente de fricción estática?

El efecto que tiene es que entre mayor

sea el ángulo el cuerpo ya no se movería

con velocidad sino que tendría una

aceleración que haría variar los

resultados en la medición del coeficiente

de fricción.

REFERENCIAS

[1] Dinámica disponible en:

blog.pucp.edu.pe/.../dinamica

[2] Raymond A. Serway, Física para

ciencia e ingenierías. Cuarta Edición.

Volumen 1. McGRAW HILL. 1997. Las

leyes del movimiento, cap 5. Pág 125,

126, 127.

[3] Euler Coral. Guía para experimentos

de física. Nov 2003. Experimento 7. Pág

11, 12.