Curso 2013/2014, Práctica 2, 1º Bachillerato - ESTUDIO DE LAS FUERZAS DE ROZAMIENTO. - 4 noviembre 2013

                     
      1. Objetivo.
         El objetivo de esta práctica es el estudio de las fuerzas de rozamiento mediante dos experiencias.
Por un lado, se estudiará la influencia que tiene la fuerza de rozamiento en el movimiento de un cuerpo.
Por otro, se observará cómo el coeficiente de rozamiento estático entre un cuerpo y la superficie horizontal sobre la que se apoya es distinto al dinámico (cinético), se comprobará que se cumple la fórmula para la fuerza de rozamiento Fr = μ N donde μ es el coeficiente de rozamiento y N es la fuerza normal, y se calcularán los distintos coeficientes de rozamiento sobre distintas superficies.

  EXPERIENCIA 1.

      1. Fundamento teórico.
         Según la primera ley de la dinámica, cuando la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero, dicho cuerpo se encuentra en reposo o se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme. Por tanto, para mantener colgado e inmóvil un objeto, la fuerza que ha de
aplicarse tiene que tener el mismo módulo que su peso. Cuando se desplaza horizontalmente, con velocidad constante, el peso se anula con la fuerza normal que crea la superficie de apoyo y la fuerza de tracción contrarresta la fuerza de rozamiento, por lo que la resultante de las fuerzas es
cero. La fuerza de rozamiento siempre se opone al movimiento y depende de la fuerza que haga el objeto contra la superficie de apoyo y de las características de las superficies de contacto.
         La relación entre la fuerza mínima necesaria para iniciar el movimiento de un cuerpo y su peso se denomina coeficiente de rozamiento estático.

       Frestatica max = μeN

         La relación entre la fuerza necesaria para mantener con velocidad constante un cuerpo y su peso se denomina coeficiente de rozamiento dinámico.


       Frcinética = μc N

      2. Materiales.
            Distintos tacos de madera
            Dinamómetros
            Pesas (50g)
            Carrito
            Papel milimetrado

       3. Procedimiento experimental.
          Coeficiente de rozamiento estático y cinético.
          Se colocan sobre el taco de mayor tamaño dos pesas y se tira muy suavemente y en horizontal con el dinamómetro de 3 N. Se mide la fuerza que indica el dinamómetro cuando se inicia el movimiento y posteriormente cuando se mantiene la v = cte.

                                  Frestatica max = μeN       Frcinética = μc N

          Comprobación de la fórmula
          Se pesan los tacos de madera con el dinamómetro y se comprueba si la masa que se indica en cada uno es correcta. Se tira del taco de madera grande con el dinamómetro hasta conseguir una velocidad constante y se mide la fuerza que indica (será la fuerza de rozamiento: Faplicada = Frozamiento).
Finalmente, se calcula el cociente Fr / N. Se repite el procedimiento colocando sucesivamente una, dos y tres pesas sobre el taco y se calcula el cociente en cada caso.

          Posteriormente, se representa gráficamente la fuerza de rozamiento frente a la fuerza normal (N) que en este caso será el peso del taco con las pesas. Por último, se comprueba que los puntos estén más o menos alineados, se traza la recta correspondiente y se calcula la pendiente de
la misma, que será el coeficiente de rozamiento.

          Calcular los distintos coeficientes de rozamiento sobre distintas superficies

          Se opera de la misma forma que en el primer experimento pero utilizando diferentes superficies de deslizamiento como pueden ser distintas mesas del laboratorio (las de la izquierda o las de la derecha) o bien utilizar otro taco más pequeño con distinto grado de pulimentación.

          Finalmente, se puede comprobar cómo la fuerza de rozamiento por rodadura es muchísimo menor que la de deslizamiento. Para ello se colocan sobre un carrito varias pesas y se mide con el dinamómetro la fuerza necesaria para que el sistema se mueva a velocidad constante (que será
igual que la fuerza de rozamiento).

  EXPERIENCIA 2.

       1. Fundamento teórico.
          Si se lanza un móvil construido con un CD y un tubo sobre una superficie lisa, la fuerza de
rozamiento entre las dos superficies hace que se pare inmediatamente. Pero si se crea una película de
aire, el rozamiento se reduce enormemente y el móvil puede recorrer una distancia importante.

       2. Materiales.
            Globo
            CD con tubo
            Rollo de cinta adhesiva

      3. Procedimiento experimental.
        Inicialmente, se pone el rollo de cinta adhesiva sobre el CD con el fin de dar estabilidad, y se empuja el móvil sobre una mesa para que comience a moverse. A continuación, se hincha el globo, se retuerce un poco para evitar fugas de aire y se fija al tubo del CD. Por último, se empuja el móvil permitiendo la salida de aire del globo.

          Cuestiones.
       a) Si aumentamos la masa del cuerpo, ¿cómo se modifica la fuerza de rozamiento?
       b) Al cambiar el tipo de superficie de contacto ¿varía la fuerza de rozamiento aunque el taco sea el mismo? ¿Por qué?
       c) Si el objeto se mueve a mayor velocidad, manteniéndose constante durante el recorrido, ¿Cómo influye la fuerza de rozamiento? ¿será mayor, menor o igual?