UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

F A C U L T A D DE I N G E N I E R Í A

LABORATORIO DE MECÁNICA

ESTATICA

Práctica 6

FRICCIÓN ESTÁTICA

Grupo: 48

Brigada #1

Profesor: Ing. Gregorio Pérez Miguel

Alumnos:

Alba Hernández Jorge Iván

Pérez Ariza David Alejandro

Torres Bautista Edgar Eduardo

Zamora Chairez Jorge Alberto

Fecha de realización: 03 - Mayo - 2013

Fecha de entrega: 09- Mayo - 2013

OBJETIVOS

● Apreciar la naturaleza de las fuerzas de fricción que se presentan

entre dos superficies secas en contacto.

● Relacionar funcionalmente la magnitud de la fuerza de fricción

estática máxima Frm con la magnitud de la fuerza normal N.

● Investigar la dependencia de Frm con el área de contacto aparente.

● Determinar el coeficiente de fricción estática, relacionándolo con los

conceptos de ángulo de fricción estática y ángulo de reposo..

INTRODUCCIÓN

En esta práctica estaremos manejando algunos términos como fricción, rozamiento,

reposo, movimiento, etc. algunos ya han sido utilizados en prácticas anteriores, y otros

serán abordados a lo largo de la presente.

La fricción entre dos superficies en contacto ha sido aprovechado por todas las culturas

desde tiempos remotos, por ejemplo para prender fuego frotando hierba seca con

maderos. Actualmente el conocimiento de lo que es ficciónn es básico e importante, en

el ámbito económico dentro de la industria y la cotidianidad se podría ahorrar

cantidades considerables de energía y recursos económicos si se prestara mayor

atención a ciertos procesos industriales en los que resulta inherente la presencia de

fricción así como cotidianos los cuales pueden ser optimizados logrando mejorar su

eficiencia.

Históricamente, el estudio del rozamiento comienza con Leonardo da Vinci que

dedujo las leyes que gobiernan el movimiento de un bloque rectangular que

desliza sobre una superficie plana. Sin embargo, este estudio pasó

desapercibido.

En el siglo XVII Guillaume Amontons, físico francés, redescubrió las leyes del

rozamiento estudiando el deslizamiento seco de dos superficies planas. Las

conclusiones de Amontons son esencialmente las que estudiamos en los libros

de Física General:

● 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.

● El científico francés Coulomb añadió una propiedad más

● Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de

la velocidad.

El científico francés Coulomb añadió una propiedad más

● Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de

la velocidad.

EQUIPO A UTILIZAR

a) Placa de acrílico

b) Tablero mixto

c) Rampa graduada

d) Bloque de madera

e) Dinamómetro de 10 N

f) Conjunto de masas

g) Balanza de triple brazo

ACTIVIDADES

El desarrollo de esta práctica, consta esencialmente de medir la fricción, de un cuerpo

con diferentes pesos y en contaco de diferentes superficies, para obtener un promedio.

PARTE 1

Se colocó el bloque de madera sobre la superficie de acrílico y aplicamos una fuerza de

tracción con el dinamómetro calibrado en forma horizontal,se identificó el intervalo de

variación de la fuerza aplicada para el cual no hay movimiento. El valor fue registrado

en la tabla 1, como evento 1. Una vez registrada la variación, se repitió el proceso con

diferentes materiales, y se registraron los resultados en la tabla 1.

Figura 1.

PARTE 2

Se colocó el bloque de madera, con el dinamómetro acoplado, sobre el tablero mixto y

masas de magnitud mi sobre el bloque de madera.

Se aplicó paulatinamente fuerza de tracción hasta que el bloque de madera. Se

anotaron la magnitud de la fuerza Frm y el valor del peso Pi para esta posición del

bloque ( área de contacto I ) en la tabla No.2. Se midió la masa del bloque.

Se repitió el procedimiento con masas diferentes, y el bloque en la misma posición.

Posteriormente realizamos los experimentos una vez más, con las mismas masas y el

bloque en otra posición, variando el área de contacto. Todos los datos fueron

registrados en la tabla 2.

Figura 2 (posición 1) Figura 3 (posición 2)

PARTE 3

Se colocó el bloque de madera sobre una de las guías de la rampa graduada como se

muestra en la figura No. 4 y se elevó paulatinamente hasta alcanzar la posición angular

de movimiento inminente; el ángulo de inclinación de la rampa fue registrado en la tabla

No. 3. Se repitió el experimento 10 hasta llenar la tabla.

Figura 4

RESULTADOS

Parte 1

Esta tabla muestra los resultados de la parte uno de la práctica, el ella podemos

observar los intervalos aplicados en el objeto de análisis (el bloque de madera)

permaneció sin movimiento, esto en contacto con diferentes superficies, en la siguiente

gráfica se aprecia mejor las diferencias en los intervalos de variación, la gráfica

representa la fuerza donde comienza el movimiento del objeto.

Gráfica 1. Obtenida a partir de los datos de la tabla 1

Parte 2

En la tabla se muestran los resultados obtenidos experimentalmente en la parte 2 de la práctica. En la

pregunta 3 del cuestionario se podrán apreciar los datos en forma de gráfica.

Parte 3

En esta tabla encontramos los ángulos a de inclinación, a los cuales el objeto comenzó a moverse sobre

la rampa graduada (tomando en cuenta que la rampa es de metal). Se tomaron 10 mediciones, las

variaciones fueron de 30° a 31°.

CUESTIONARIO

1. Explique detalladamente el concepto de fricción.

Es una fuerza que realiza una oposición al desplazamiento de una superficie sobre otra, o a

aquélla opuesta al comienzo de un movimiento. La fricción, como fuerza, se origina por las

imperfecciones entre los objetos que mantienen contacto, las cuales pueden ser minúsculas, y

generan un ángulo de rozamiento. Es posible distinguir entre la fricción estática, que es una

resistencia que necesita ser trascendida para movilizar una cosa frente a otra con la que tiene

contacto, y la fricción dinámica, que es la magnitud constante que genera oposición al

desplazamiento cuando éste ya se inició. En pocas palabras, el primer tipo tiene lugar cuando

los cuerpos se encuentran en reposo relativo, mientras que el segundo ocurre una vez que se

encuentran en movimiento.

2. Mediante el empleo del diagrama de cuerpo libre y de los principios pertinentes de la

mecánica, explique detalladamente por que el bloque sujeto a tracción no se mueve en

los primeros intervalos de aplicación de la fuerza de los eventos experimentados en la

parte 1.

Mientras la fuerza aplicada sea menor o igual a la fuerza de fricción, el

bloque premanecerá en estado de reposo.

3. Con los datos consignados en la tabla No.2 de la parte 2 elabore una gráfica (para

cada área de contacto) que muestre a la magnitud de la fuerza de fricción máxima Fr m

en función de la magnitud de la fuerza normal N.

En esta Gráfica podemos observar los resultados para el área 1

La tendencia de ambas gráficas son muy parecidas, de aquí podemos concluir que:

La masa influye directamente en el intervalo de variación de la fuerza para que un

objeto se comience a mover.

Si se sobrepone una gráfica con otra, observaremos que si nos son la misma, son muy

cercanas, por lo que podemos deducir que el área de contacto no tiene influencia en el

intervalo de variación de la fuerza necesario para que un objeto se comience a mover.

4. A partir de las gráficas obtenidas y empleando el método de mínimos cuadrados,

ecuaciones (I) y (II), estime una relación funcional para cada caso, que explique a

la magnitud de la fuerza de fricción máxima Fr m en términos de la magnitud de la

fuerza normal N. Interprete los parámetros.

Para área 1:

y = 0.7752x - 0.9412

donde m=0.7752 y b=- 0.9412

Para área 2:

y = 0.8036x - 1.0243

donde m=0.8036 y b=- 1.0243

las expresiones no son totalmente iguales, sin embargo, b (que representa el error del

ajuste) es muy parecido, y los coeficientes son también muy cercanos.

5. De las relaciones funcionales obtenidas en el numeral anterior, analice la

posibilidad de reducirlas a una relación de proporcionalidad Fr m = μe N. Obtenga

los valores del coeficiente de fricción estática ( μe ).

Podríamos lograr una exactitud y precisiones mayores haciendo mediciones con

equipos de alta precisión y exactitud, para que no varíen tanto los resultados

experimentales con la teoría, a la vez tendríamos que ser muy buenos observadores

para tomar con exactitud el punto marcado en el dinamómetro donde el cuerpo

empieza a moverse. Pues al fin y acabo la fuerza normal es la misma no importa la

posición del cuerpo.

6. Analice los resultados obtenidos en la tabla No. 2 de la parte 2 e identifique los

efectos que dichos resultados tienen sobre las áreas distintas involucradas y

genere sus conclusiones.

La tendencia de ambas gráficas son muy parecidas, de aquí podemos concluir que:

La masa influye directamente en el intervalo de variación de la fuerza para que un

objeto se comience a mover.

Si se sobrepone una gráfica con otra, observaremos que si nos son la misma, son muy

cercanas, por lo que podemos deducir que el área de contacto no tiene influencia en el

intervalo de variación de la fuerza necesario para que un objeto se comience a mover.

7. Con relación a la actividad 1 de la parte 3 dibuje los diagramas de cuerpo libre del

bloque colocado sobre la rampa, tanto para la posición horizontal como inclinada.

8. Para la situación de movimiento inminente, determine el ángulo r que forma la

fuerza reactiva total con la fuerza reactiva normal. Compare dicho valor con el

obtenido experimentalmente prom. Explique sus resultados.

Tenemos que N=3.28[N], y la Fr max cuando el cuerpo se mueve es de 1.8 [N], el

ángulo se puede determinar como el angtan(x) de la división de Fr max/N

Fr max=1.8[N] ( cuando el cuerpo se empieza a mover)

Normal= 3.26

X=angtan(N/Fr)

x= 28.75 *

9. Elabore conclusiones y comentarios.

Conclusiones y comentarios se encuentran al final del documento.

CONCLUSIÓN

En esta práctica de estática aprendimos lo que es el concepto de fricción se define

como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en

contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de

fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción

estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las

superficies en contacto

Lo que hicimos en esta práctica fue medir la fuerza que el cuerpo ejercía al oponerse al

movimiento, para eso tomamos diferentes mediciones. La primera medida que

tomamos fue el de la madera en el acrílico, y resultó que fue 1N. Tomamos mediciones

hasta ver el comportamiento del trozo de madera en cada material y con diferentes

pesos. Después de los resultados obtenidos notamos que entre mayor masa aumenta

la fricción. Otro procedimiento que hicimos fue medir la fricción en diferentes ángulos,

tomamos 10 mediciones y sacamos un promedio.

La fuerza de fricción estática es la relación que presenta un cuerpo en reposos

oponiéndose a su deslizamiento sobre otra superficie. Por ejemplo, si queremos

empujar un armario muy grande y hacemos una fuerza pequeña, el armario no se

moverá. Esto es debido a la fuerza de rozamiento estática que se opone al movimiento.

Si aumentamos la fuerza con la que empujamos, llegará un momento en que

superemos esa fuerza de rozamiento y será entonces cuando el armario se pueda

mover.

CONCLUSIONES PERSONALES

Alba Hernández Jorge Iván:

Después de desarrollar la práctica , rompí con varias ideas erróneas que tenía, me dí

cuenta de que no importa el área de contacto en cuanto a la fuerza necesaria para

poner en movimiento un objeto, pero sí importa la masa, está directamente relacionada

con ella. Durante mi carrera, (creo, o espero) utilizaré los conceptos de fricción y

rozamiento en términos de rendimiento, desgaste y eficiencia, en la elaboración de

sistemas, y en lo que me gustaría especializarme: en hardware.

Pérez Ariza David Alejandro:

Con la realización de esta práctica logré entender y concluir que la fricción no depende

de lo grande o pequeña que sea la superficie de contacto, más bien depende de la

masa del objeto, a mayor masa la fricción es mayor, por el contrario si la masa del

objeto es muy pequeña la fuerza de fricción también será de esta manera

Torres Bautista Edgar Eduardo:

Esta práctica me ayudó en gran medida a entender conceptos que durante las clases

de teoría no me quedaban muy claros como los son el concepto de Fricción máxima y

coeficiente de fricción, creo que ahora me será más sencillo analizar y resolver

problemas de equilibrio donde intervengan fuerzas de fricción.

Zamora Chairez Jorge Alberto:

Llegue a la conclusión que a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que

se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la

fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática), La fricción

depende también de diversos factores como la superficie que tan lisa o rugosa es, o

también del ángulo de inclinación de ésta.

BIBLIOGRAFÍA

BEDFORD, Anthony y FOWLER, Wallace L.

“Estática, Mecánica para Ingeniería “

Addison Wesley

México,1996.

HIBBELER, Russell C.

“Mecánica para Ingenieros, Estática”

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México,1993.

ORDOÑEZ R, Luis et al..

“Mecánica Vectorial para Ingenieros ,Estática”

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BEER, Ferdinand P y JOHNSTON, E. Rusell

“Mecánica Vectorial para Ingenieros ,Estática”

McGraw-Hill de México.

México,1992