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En el siguiente curso se pretende encontrar el valor del coeficiente de roce estático (μs) y delcoeficiente de roce dinámico (µk) mediante una relación del tipo lineal que se establece entre la fuerza de roce estático y dinámico respectivamente con la normal del cuerpo sostenido por el bloque de madera.

Resumen:

En este experimento se obtiene el coeficiente de roce estático y dinámico, gracias a un ensayo que consiste de un carro cargado con dos bloques de madera y diferentes masas, el cual se pondrá en movimiento, produciendo así que este presione de manera perpendicular al sensor de fuerza, obteniendo un grafico tiempo vs fuerza. Luego a partir de la formula F = µ × [N] podemos concluir que la pendiente del grafico fuerza normal vs fuerza de roce estático y dinámico corresponde al coeficiente de roce estático = 0,617 y al coeficiente de roce dinámico = 0,399.

Diseño del experimento

En este experimento se encontrara el coeficiente de roce estático y dinámico, gracias a un carro en riel que sostendrá dos bloques de madera, uno encima de otro, y encima de estos se pondrán diferentes masas, para luego poner en movimiento el bloque de madera superior junto a sus masas siendo analizada la fuerza de roce por un sensor de fuerza, como se muestra en la Fig.1

experimento de roce

Fig.1 sistema de carro en riel con bloques de madera.

* Desarrollo del experimento

Para poder encontrar el coeficiente de roce estático y dinámico, debemos colocar en un riel un carro, el cual sostendrá sobre él dos bloques de madera (de iguales dimensiones) uno sobre otro, encima de estos se pondrán diferentes masas (cada masa para un determinado ensayo), en el termino del riel se colocara un sensor de fuerza sostenido por una base magnética a la misma altura del bloque de madera superior, luego se empujara suavemente el carro contra el sensor de fuerzas de manera perpendicular, produciéndose así un movimiento con roce entre ambos bloques de madera (Fig.2), los datos registrado por este sensor en cada uno de los diferentes ensayos, serán analizados por el programa Data Studio, llegando así a una relación entre la fuerza y el tiempo, tal como muestra el siguiente grafico (Fig.3)

fuersa del roce. Experimento

Fig.2 movimiento carro- sensor de fuerza

relacion tiempo y fuerza

Fig. 3 relación tiempo v/s fuerza

* Análisis de resultado

A partir del grafico anterior, vamos a tomar el punto máximo de cada uno de los ensayos, y vamos a registrar el valor del eje Y, el cual corresponderá a la fuerza de roce dinámica, luego, vamos a tomar un punto promedio de la parte de la grafica de la función que se mantiene constante, y vamos a registrar el valor del eje Y de aquel punto, posteriormente se necesita calcular el valor de la normal, la cual es de igual modulo que el peso de las masas que utilizamos en los diferentes ensayos, los datos obtenidos se aprecia en la siguiente tabla (Fig.4)

EnsayoNormal [N]Fuerza de roce estática [N]Fuerza de roce dinámica [N]
11,8991,770,64
22,3891,800,97
32,8882,261,26
43,6322,471,47
54,6313,181,98
65,7963,742,31
76,7944,832,60

Fig.4 tabla con datos de fuerza de roce estática, dinámica y fuerza normal.

A partir de los datos anteriores se graficara la fuerza normal versus la fuerza de roce estática (Fig.5) y la fuerza normal versus la fuerza de roce cinética (Fig.6)

fuerza normal versus fuerza de roce

Fig.5 fuerza normal vs fuerza de roce estática.

 fuerza de roce dinamica

 Fig.6 fuerza normal vs fuerza de roce dinámica

La fuerza de roce estática (Fs) y la fuerza de roce dinámica (Fk) se obtienen a partir de las siguientes

Formulas:

Fs = µs × [N]

Fk = µk × [N]

Luego, despejamos el coeficiente de roce estático y dinámico:

µs = Fs / [N]

µk = Fk / [N]

De esta manera podemos concluir que la relación entre la fuerza normal y las fuerzas de roce estática y la relación de la fuerza normal y la fuerza de roce dinámica son del tipo lineal, por lo tanto vamos a aplicar una regresión del tipo lineal en las Fig. 5 y 6, teniendo así como resultado la pendiente de las rectas:

m = 0,617 (Fig.5)
m = 0,399 (Fig.6)

* Conclusión

Ya conocidas las pendientes de las rectas, podemos conocer los coeficientes de roce estático y dinámico, ya que estos coeficientes corresponden a las pendientes de los gráficos obtenidos anteriormente (Fig. 5 y 6):

µs = 0,617

µk = 0,399

Estos coeficientes no tienen medida, ya que la fuerza normal se mide en newton [N] y la fuerza de roce estática y dinámica también, por lo tanto los coeficientes no presentan medida.

Bibliografía

[1][2] Introducción a la física, Luis Rodríguez V, Universidad de Santiago, 2011


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