LABORATORIO DE COEFICIENTES FÍSICOS BÁSICOS

YENIFFER JIMENEZ SANABRIA

LUIS ALEJANDRO REINA ROMERO

ANDRÉS ROJAS DÍAZ

JHON JAIRO CHASOY

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

DINÁMICA

VILLAVIENCIO-META

2014

LABORATORIO DE COEFICIENTES FÍSICOS BÁSICOS

YENIFFER JIMENEZ SANABRIA

LUIS ALEJANDRO REINA ROMERO

ANDRÉS ROJAS DÍAZ

JHON JAIRO CHASOY

DOCENTE:

ING. ISAURO GARCÍA BETANCOURT

GRUPO 1106

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍAS

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

VILLAVIENCIO-META

2014

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

1. OBJETIVOS2. MATERIALES UTILIZADOS3. ESQUEMA DE MONTAJES3.1 FUERZA ELASTICA RECUPERADORA3.2 FUERZA DE FRICCION4. PROCEDIMIENTO5. FUNDAMENTOS TEORICOS

5.1 FUERZA ELASTICA RECUPERADORA5.1.2 LEY DE HOOKE

5.1.3 COEFICIENTE DE ELASTICIDAD5.2 FUERZA DE FRICCION O ROZAMIENTO5.2.1 COEFICIENTE DE FRICCION ESTATICO (µe)5.2.2 COEFICENTE DE FRICCION CINETICO (µc)

6. PROCESAMIENTO DE INFORMACION6.1 RECOPILACION DE DATOS6.1.1 TABLA 1: COEFICIENTE DE ELASTICIDAD6.1.2 TABLA 2: COEFICIENTES DE FRICCION (µe, µc). UNA CARA6.1.3 TABLA 3: COEFICIENTES DE FRICCION (µe, µc). CUATRO CARAS6.2 GRAFICA DE DATOS6.3 CALCULOS ESPECIALES6.3.1 COEFICIENTE DE ELASTICIDAD6.3.2 COEFICIENTE DE FRICCION ESTATICO (µe).6.3.3 COEFICIENTE DE FRICCION CINETICO (µc).6.4 ECUACIONES PLANTEADAS6.4.1 FUERZA DE FRICCION6.4.2 FUERZA ELASTICA RECUPERADORA7. ANALISIS DE RESULTADOS7.1 FUERZA ELASTICA RECUPERADORA7.2 FUERZA DE FRICCION8. CONCLUSIONES ESPECÍFICAS8.1 FUERZA ELASTICA RECUPERADORA8.2 FUERZA DE FRICCION (COEFICIENTES).

INTRODUCCIÓN

En este documento queremos mostrar el concepto y la práctica ilustrativa con respecto a los coeficientes físicos básicos y la fuerza elástica recuperadora que sufren elementos tales como los resortes y ligas elásticas, se trata cuando se estira o se comprime un resorte, este opone resistencia a su deformación. Podemos ilustrar esto a través de un dinamómetro el cual esta construido con un resorte el cual se estira cuando se le aplica un peso y a través de un tubo métrico nos provee el valor de la deformación que sufrió el resorte.

1. OBJETIVOS

GENERAL

Analizar coeficientes físicos presentes de las fuerzas actuantes en un cuerpo.

ESPECÍFICOS

• Determinar el coeficiente de elasticidad de un resorte (muelle).

• Determinar el coeficiente de fricción estático (µe) de un cuerpo en contacto con una superficie.

• Determinar el coeficiente de fricción cinético (µc) de un cuerpo en movimiento sobre una superficie.

• Aplicar la ley de Hooke en la determinación del coeficiente elástico del resorte (muelle).

2.0 MATERIALES UTILIZADOS

4 bloques de madera (8x8x10) con superficies laterales diferentes 1 pliego de papel lija 1 porción de papel aluminio 1 dinamómetro 1 regla graduada (30 cm) 1 tornillo 1 juego de pesas 1 pliego papel milimetrado 1 porción de tela

3.0 ESQUEMA DE MONTAJE

3.1 Fuerza elástica recuperadora

3.2 Fuerza de Fricción

4.0 PROCEDIMIENTO

Actividades previas

cubrir las caras longitudinales de un bloque: una con papel lija, otra con papel aluminio y otra con tela.

Colocar el tornillo en el bloque cubierto, en unas de sus caras transversales, centrado para poder halar con el dinamómetro.

Durante la práctica

ENSAYO 1: FUERZA ELASTICA RECUPERADORA Poner el dinamómetro en posición vertical y colocar una pesa. Tomar la medida del alargamiento del resorte y la fuerza señalada en la

escala. Repetir la acción con dos, tres, cuatro pesas. Elaborar una tabla con las columnas: fuerza (N), alargamiento (cm, m),

cociente F/x. Registrar los datos obtenidos en la tabla 1 Graficar F en función de alargamiento (F-x). Escribir una ecuación que relacione las dos variables (F-x). Determinar la constante de proporcionalidad (coeficiente de elasticidad k),

con su unidad de medición.

ENSAYO 2: FUERZA DE FRICCION

Colocar un bloque de madera en la superficie de la mesa por una de sus caras laterales.

Halar el bloque de madera con el dinamómetro. Tomar la medida de la fuerza (lectura en el dinamómetro), en el preciso

momento de iniciar el movimiento (Fe). Tomar la medida de la fuerza (Fc), después de iniciar el movimiento Repetir el proceso colocando sobre el bloque de madera instalado, otro

bloque; luego el tercer bloque y cuarto bloque. Elaborar tabla 2 con las columnas: fuerza normal (N=W), fuerza (Fe), fuerza

(Fc), Fe/N, Fc/N. Registrar los datos obtenidos en la tabla 2 Graficar Fe en función de N.

Escribir ecuación que relacione Fe-N Determinar constante de proporcionalidad (µc). Cambiar la cara del bloque en contacto con la superficie Halar el bloque con el dinamómetro y tomar la medida de Fe y Fc para cada

cara. Elaborar tabla 3 con las columnas: caras, N, Fe, Fc, Fe/N, Fc/N. Calcular los cocientes de Fe/N y Fc/N. Registrar los datos obtenidos en la tabla 3 Comparar µe y µc. Analizar resultados.

5. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

5.1 FUERZA ELÁSTICA RECUPERADORA Concepto

Cuando se estira o se comprime un resorte, este opone resistencia a su deformación. El resorte reacciona con una fuerza dirigida en sentido opuesto a su deformación cuyo valor depende de la deformación sufrida. Este recibe el nombre de la fuerza elástica recuperadora y se calcula por medio de la ley de Hooke cuyo enunciado es: “La fuerza que ejerce un resorte es directamente proporcional a la deformación que sufre y dirigida a esta deformación”.

5.1.2 LEY DE HOOKE Concepto

En física la ley de la elasticidad de Hooke, originalmente formulado para casos de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional aplicada F.

Se obtendrán una serie de puntos que se encuentren más o menos alineados. Se trazará la línea que contenga el mayor número de esos puntos y, en el caso de que no contenga a todos, que deje igual número de puntos por encima que por

debajo. A esta recta se le llama recta de regresión. Su pendiente, nos indica la razón de proporcionalidad entre fuerza y alargamiento, que es la constante de elasticidad del resorte, .

5.1.3 COEFICIENTE DE ELASTICIDAD

Concepto

El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado Tomas Young.

Para un material elástico lineal o isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión , siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado limite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra aumenta de longitud.

Ecuación

E= σ /∈

Unidades

Kg/s². m = Pa

5.2 FUERZA DE FRICCIÓN O ROZAMIENTO

Concepto

La fricción o rozamiento es una fuerza que se presenta cuando dos cuerpos se mueven uno respecto al otro. Es una fuerza que siempre se opone a movimiento.

Ejemplo

Cuando un automóvil se mueve en la carretera aparece la fuerza de fricción entre las llantas y el pavimento, así como el aire y el automóvil.

5.2.1 COEFICIENTES DE FRICCIÓN

Expresa la oposición al deslizamiento que ofrece la superficie de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente a dimensional, usualmente se representa con la letra griega µ.

5.2.1.1 COEFICIENTE DE FRICCIÓN ESTÁTICO (µe)

Se define como el cociente entre la fuerza de fricción estática y la fuerza normal. Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto.

μe=FeN

5.2.1.2 COEFICIENTE DE FRICCIÓN CINÉTICO (µc)

Se define como el cociente entre la fuerza de fricción cinética o dinámica y la fuerza normal. Su valor depende de la naturaleza de las superficies en contacto.

μc=FcN

6. PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN

6.1.1 TABLA 1 COEFICIENTE DE ELASTICIDAD

Fuerza (N) (g) Cm m Cociente F/X (cm)

100 0,09 0.009 1111.111200 0,016 0.0016 12500300 0,023 0.0023 13043.478400 0,029 0.0029 13793.103500 0,035 0.0035 14285.714

6.1.2 TABLA 2 COEFICIENTE DE FRICCIÓN (µc, µe) Una cara

Bloque F. NormalN = w

Fuerza (Fe) (n)

Fuerza (Fc) (n)

FuerzaFe/N Fc/N

Madera 0.520 2.156 1.862 4.146 3.580Aluminio 0.521 1.568 1.372 3.015 2.638Lija 0.522 3.332 2.94 6.407 5.653Tela 0.523 2.352 2.156 4.523 4.146

6.1.3 TABLA 3 COEFICIENTE DE FRICCIÓN (µc, µe). Cuatro caras

Bloque Caras N (kg) Fe (n) Fc (n) Fe/N Fc/NMadera 1 0.52 2.156 1.862 4.146 3.580

2 0.51 3.136 2.842 6.149 5.5723 0.47 6.37 5.292 12.490 11.2594 0.51 8.232 5.488 16.141 10.760

Aluminio 1 0.52 1.568 1.372 3.015 2.6382 0.51 2.94 2.548 5.764 4.9963 0.47 3.92 3.332 8.340 7.0894 0.51 4.998 4.116 9.8 8.070

Lija 1 0.52 3.332 2.94 6.407 5.6532 0.51 5.292 4.9 10.376 9.6073 0.47 8.036 7.35 17.097 15.6384 0.51 9.8 8.428 19.215 16.525

Tela 1 0.52 2.352 2.156 4.523 4.1462 0.51 4.214 3.92 8.262 7.6863 0.47 6.272 5.684 13.344 12.0934 0.51 8.024 7.056 16.909 13.838

6.2 GRAFICA DE DATOS

6.3 CALCULOS ESPECIALES

6.3.2 coeficiente de fricción estático (μe)

µe=FeN

Madera

µe1=2,1560,52

=4,146

µe2=3,1360,51

=6,149

µe3=6,370,47

=12,490

µe4=8,2320,51

=16,141

Aluminio

µe1=1,5680,52

=3,015

µe2=2,940,51

=5,764

µe3=3,920,47

=8,340

µe4=4,9980,51

=9,8

Lija

µe1=3,3320,52

=6,407

µe2=5,2920,51

=10,376

µe3=8,0360,47

=17,097

µe4= 9,80,51

=19,215

Tela

µe1=2,3520,52

=4,523

µe2=4,2140,51

=8,262

µe3=6,2720,47

=13,344

µe4=8,6240,51

=16,909

6.3.3 COEFICIENTE DE FRICCION CINETICO (µc)

µc=FcN

Madera

µc1=1,8620,52

=3,580

µc2=2,8420,51

=5,572

µc3=5,2920,47

=11,259

µc 4=5,4880,51

=10,760

Aluminio

µc1=1,3720,52

=2,638

µc2=2,5480,51

=4,996

µc3=3,3320,47

=7,089

µc 4=4,1160,51

=8,070

Lija

µc1=2,940,52

=5,653

µc2= 4,90,51

=9,607

µc3=7,350,47

=15,638

µc 4=8,4280,51

=16,525

Tela

µc1=2,1560,52

=4,146

µc2=3,920,51

=7,686

µc3=5,6860,47

=12,093

µc 4=7,0560,51

=13,835

6.4 ECUACIONES PLANTEADAS

6.4.1 fuerza de fricción

µe=FeN

µc=FcN

6.4.2 Fuerza elástica recuperadora

F=−K . X

K=F /X

7. ANALISIS DE RESULTADOS

7.1Fuerza elástica recuperadora

Podemos observar que los resultados de la tabla 1, deducimos que la fuerza es directamente proporcional a la deformación, ya que al colocar más peso la deformación tiende a ser mayor.

7.2Fuerza de Fricción

Al observar los resultados de la tabla 2 podemos determinar que entre más coeficiente de elasticidad halla, aumenta el coeficiente cinético.

8. CONCLUSIONES ESPECIFICAS

8.1 Fuerza Elástica Recuperadora

La fuerza elástica es una variación entre la fuerza ejercida normal o peso del objeto y la deformación del resorte o distancia de deformación es directamente proporcional.

8.2 Fuerza de Fricción (Coeficientes)

El coeficiente de elasticidad es directamente proporcional al coeficiente cinético ya que al observar los resultados vemos que ha mayor coeficiente de elasticidad mayor es el coeficiente cinético.