Coeficiente de fricción

1. Informe de Laboratorio

Práctica 5: Coeficiente de fricción.

Fundamentos de Mecánica

Grupo 18

Fecha de entrega: 22 de Octubre del 2012

Nombres:
- Viviana Nataly Zuluaga Pérez (215340)
- Javier Zapata Canas (234788)
- Wilmar Danilo Pizo Caldon (261850)
- Andrés Sarmiento (201212)
- Luis Fernando López López (244869)


Objetivos:
1. Demostración de , el coeficiente estático de fricción y el coeficiente cinético de
fricción, mediante el deslizamiento del bloque sobre el riel, el cual actúa como plano
inclinado.
2. Determinación de y usando el riel con una polea montada sobre él, colocando el
riel en posición horizontal y aplicando fuerzas conocidas al bloque.
3. Comparación de los valores de y obtenidos por dos técnicas diferentes.
4. Demostración de que los coeficientes de fricción son independientes de la fuerza norma.
5. Demostración de que > .

Teoría:

COEFICIENTE DE FRICCIÓN.
Una fuerza es toda causa capaz de deformar un cuerpo o modificar su estado de reposo o
movimiento. Además, toda fuerza tiene un agente específico que puede ser animado o
inanimado. Lo que caracteriza una fuerza es el punto de aplicación, magnitud, dirección y
sentido. La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando hay dos cuerpos en contacto
y es una fuerza muy importante cuando se estudia el movimiento de los cuerpos. La magnitud
de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre los
dos cuerpos, es decir:
F r = μ · N
Fórmula 1. Fuerza de fricción

2. donde μ es lo que conocemos como coeficiente de rozamiento.

Hay dos coeficientes de rozamiento: el estático,, y el cinético, , siendo el primero mayor
que el segundo:
>
Fórmula 2. Relación entre el coeficiente de fricción estática y cinética
La fuerza de rozamiento estática determina la fuerza mínima necesaria para poner en
movimiento un cuerpo. Si no hubiera rozamiento, una fuerza muy pequeña sobre un cuerpo
apoyado en el piso ya pondría a éste en movimiento. Sin embargo existe un valor mínimo
de fuerza a aplicar para que esto ocurra. Eso se debe a que existe una fuerza de rozamiento
que se opone al inicio del movimiento. La fuerza de rozamiento estática es del mismo valor
pero de sentido contrario que la fuerza que vayamos aplicamos para tratar de poner al
cuerpo en movimiento, mientras este no se mueva, es decir que no tiene un valor constante.
Mientras que las fuerzas que obran entre superficies que se encuentran en movimiento
relativo, se llaman fuerzas de rozamiento cinético.
El coeficiente de rozamiento estático es el factor de proporcionalidad que relaciona la
fuerza necesaria para que un bloque empiece a deslizarse y la fuerza normal. Al ser un
cociente de fuerzas carece de unidades. La fuerza necesaria para que un bloque comience a
deslizarse es igual a la Fuerza de rozamiento máxima).

Fórmula 3. Coeficiente de fricción estática.

Aparatos, instrumentos y materiales utilizados:

A continuación se nombran los instrumentos utilizados para la realización del laboratorio
de coeficiente de fricción, con una pequeña descripción de su utilidad y precisión de
medición:

- Carril para carros:Guía estrecha y alargada por la que se puede deslizar un objeto. Lo
utilizamos como el espacio por donde se desplazaban o deslizaban los bloques La superficie
debe ser lo más lisa posible para reducir la fricción, pero a la vez, que posea rugosidad para
mejorar la adherencia del bloque.

Figura 1. Riel o Carril para carros.

3. Cuerda: La cuerda es una herramienta empleada en ciertas actividades como la construcción,
navegación, exploración, deportes y comunicaciones. Cuando son gruesas reciben también los
nombres de soga y maroma. Las cuerdas han sido usadas desde la edad prehistórica. Gracias al
desarrollo de la cuerda se han inventado gran cantidad de cabos (nudos) con diversas utilidades.
En nuestro caso, la utilizamos para conectar el bloque por un extremo y por el otro el
portapesas.

Figura 2. Cuerda.

- Base y soporte metálicos: El soporte universal es una herramienta que se utiliza en laboratorio
para realizar montajes con los materiales presentes en el laboratorio y obtener sistemas de
medición o de diversas funciones, como por ejemplo: un fusiómetro, un equipo de destilación.
Está formado por una base o pie en forma de semicírculo o de rectángulo, y desde el centro de
uno de los lados, tiene una varilla cilíndrica que sirve para sujetar otros elementos a través de
doble nueces. Lo empleamos para sujetar el carril y de esta manera lograr obtener un plano
inclinado.

Figura 3. Soporte Universal.

- Bloque: Cuerpo en forma rectangular con dos superficies suaves , las cuales utilizamos para
deslizar sobre el riel para realizar el experimento.

- Portapesas: Instrumento metálico que sirve para sostener las cargas de hierro.

4. Figura 4. Portapesas.
Pesas: pieza de peso determinado usada como medida para pesar objetos.

Figura 5. Pesas.

Polea: Una polea es una máquina que sirve para transmitir una fuerza. Tiene forma de rueda
en las que el perímetro exterior está diseñado para facilitar el contacto con cuerdas o
correas.
Las tres partes más importantes de una polea son: cuerpo, cubo y garganta. Por un lado, la
garganta es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y está especialmente
diseñada para conseguir el mayor agarre posible. El cubo es la parte central que comprende
el agujero, permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje.
Y el cuerpo es el objeto que une el cuerpo con la garganta.

Figura 6. Polea
Procedimiento del experimento:
Parte 1. Riel como plano inclinado.
1. Ponga el bloque con su superficie más grande en contacto con el riel e incline el riel
hasta que el bloque empiece a deslizarse por sí mismo. Registre el ángulo , al cual el

5. bloque se desliza en la Tabla de Datos. Repita el proceso tres veces más para un total de
cuatro intentos. Cada vez ponga el bloque en un lugar ligeramente diferente sobre el plano
con el fin de promediar los efectos de no uniformidad de las superficies.
2. De nuevo ponga el bloque sobre el riel e incline el riel hasta que el bloque baje por el
riel a velocidad constante después de haberle dado al bloque un empujón suave para
ponerlo en movimiento. Registre el ángulo al cual esto ocurre como . Repita este
procedimiento tres veces más para un total de cuatro intentos.
Parte 2. Riel horizontal con polea.
1. Determine la masa del bloque. Regístrela en la Tabla de Datos (sección Fricción
Estática) como en el espacio rotulado como “masa adicionada 0,000 kg”.
2. Ponga el riel en posición horizontal sobre la mesa con la polea.
3. Una un extremo de la cuerda a la armella del bloque. Ponga la cuerda sobre la polea y
una el otro extremo de la cuerda al sostenedor de masas. Adicione paulatina y
cuidadosamente masa al sostenedor de masas para encontrar la masa mínima necesaria para
que el bloque empiece a moverse. Registre el valor de la masa mínima como en la
Tabla de Datos (sección Fricción Cinética). Asegúrese de incluir la masa del sostenedor de
masas en la masa total . Repita el proceso tres veces más para un total de cuatro intentos,
cada vez usando una parte diferente del riel.
4. Repita el paso 3 pero ponga 0,200 kg adicionales sobre el bloque. Registre el valor de la
masa del bloque más 0,200 kg como . De nuevo, determine la mínima masa necesaria
para hacer que empiece a moverse. Repita el proceso dos veces más para un total de
cuatro intentos y registre cada intento en la Tabla de Datos (sección Fricción Estática).
5. Continúe este procedimiento colocando 0.400, 0.600 y 0.800 kg adicionales sobre el
bloque. En cada caso haga tres intentos.
6. Haga un conjunto de mediciones similar al descrito en los pasos 1 a 5 pero esta vez
determine la masa necesaria para mantener al bloque moviéndose a velocidad constante,
después de que al bloque se le ha dado un empujón suave. De nuevo haga tres intentos para
cada caso y use valores de comenzando con la masa del bloque solamente y luego
haciendo incrementos de masa de 0.200 kg hasta un total de masa adicionada de 0.800 kg.
Registre los valores de y para todos los casos en la Tabla de Datos (sección Fricción
Cinética).

Datos y Observaciones:
A continuación, se dan los datos tomados en la práctica de laboratorio: donde tanto
como están dados en grados.

6. Parte 1. Plano Inclinado
Tabla 1.Fricción Estática
Intento 1 2 3 4
16 17 19 19
Tabla 2.Fricción Cinética
Intento 1 2 3 4
14 16 14 15

Parte 2. Plano Horizontal
Tabla 3. Fricción Estática
Masa
adicionada
0,000 kg 0,200 kg 0,400 kg 0,600 kg 0,800 kg
0,123 kg 0,323 kg 0,523 kg 0,723 kg 0,923 kg
intento1 0,043 kg 0,098 kg 0,198 kg 0,218 kg 0,238 kg
intento2 0,043 kg 0,098 kg 0,198 kg 0,218 kg 0,238 kg
intento3 0,043 kg 0,098 kg 0,198 kg 0,218 kg 0,238 kg
Tabla 4. Fricción Cinética
Masa
adicionada
0,000 kg 0,200 kg 0,400 kg 0,600 kg 0,800 kg
0,123 kg 0,323 kg 0,523 kg 0,723 kg 0,923 kg
intento1 0,038 kg 0,078 kg 0,128 kg 0,188 kg 0,213 kg
intento2 0,038 kg 0,078 kg 0,128 kg 0,188 kg 0,213 kg
intento3 0,038 kg 0,078 kg 0,128 kg 0,188 kg 0,213 kg

7. Cálculos:
Parte 1. Plano Inclinado
Tabla 5. Coeficiente de Fricción Estática.
Tan =
0,306 0,325

1,1*

0,306
0,344
0,344
Tabla 6. Coeficiente de Fricción Cinética.
Tan =
0,249 0,263

9,1 *

0,287
0,249
0,268

Parte 2. Plano Horizontal
Tabla 7. Fricción Estática.
= 0,255
= 0,025
= -1,6 *
(+-)
0,013 0,123 kg 0,043 kg 0,015
0,009 0,323 kg 0,098 kg 0,104
-0,040 0,523 kg 0,198 kg 0,274
-0,009 0,723 kg 0,218 kg 0,523
0,022 0,923 kg 0,238 kg 0,852

8. Tabla 8. Fricción Cinética.
= 0,23
=0,008
= -1,8*
( +-)
-0,001 0,123 kg 0,038 kg 0,015
-0,002 0,323 kg 0,078 kg 0,104
0,0003 0,523 kg 0,128 kg 0,274
-0,014 0,723 kg 0,188 kg 0,523
0,007 0,923 kg 0,213 kg 0,852

y = 0.255x + 0.025
R² = 0.915
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 0.20.40.60.8 1
Linear ()Gráfica 1. ??????
2
vs ??????
1
y = 0.23x + 0.008
R² = 0.987
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Linear ()Gráfica 2. ??????
2
vs ??????
1

9. Preguntas:

1. Discuta acerca de la concordancia entre los diferentes valores medidos de . Calcule el
porcentaje de diferencia entre ellos. Porcentaje de diferencia = 24 %. ¿Están de acuerdo
los valores de con las incertidumbres combinadas de los dos valores obtenidos? En su
opinión, ¿cuál es el valor medido más confiable y por qué? R/. En mi opinión, el valor
más confiable es el realizado en el plano horizontal, ya que en esos datos el error del
coeficiente de fricción estática es muy bajo comparado con la precisión de la medición
de los datos tomados en el plano inclinado.

2. Responda la pregunta 1 pero ahora considere los datos de fricción cinética. Porcentaje de
diferencia = 13 %. R/.Por las mismas razones que en el punto 1 me parece más
confiable el valor hallado para el coeficiente de fricción cinético en el plano horizontal.

3. ¿En qué medida sus datos confirman la expectativa de que los coeficientes de fricción
estática y cinética son independientes de la fuerza normal? Fundamente en evidencias su
respuesta. R/.El coeficiente de rozamiento no depende de la fuerza normal según lo
observado, ya que al ir variando las masas que iban sobre el bloque y en el portapesas el
resultado del cálculo del coeficiente de rozamiento seguía siendo el mismo salvo variaciones
muy pequeñas que están asociadas a errores de exactitud en la medición. Recordemos que la
fuerza normal está relacionada con el peso de las superficies que están en contacto.

4. Sus datos confirman la relación esperada entre y ? Diga claramente qué se espera y
qué indican sus datos. R/. Efectivamente, se cumplió que > El coeficiente de
rozamiento estático es el que actúa antes de que el cuerpo empiece a moverse (cuando
está en reposo), el instante en el que es superado dicho coeficiente se denomina
coeficiente de rozamiento estático máximo.
Al iniciarse el movimiento comienza a actuar el coeficiente de rozamiento dinámico que
es menor que el coeficiente de rozamiento estático, ya que mientras el cuerpo está en
reposo posee una resistencia mucho mayor al movimiento.

5. En sus propias palabras, diga claramente qué se logró en esta práctica y en qué medida
se cumplieron los objetivos de la práctica. R/. En esta práctica aprendimos a hallar el
coeficiente de fricción estática ya sea en un plano inclinado o en un plano horizontal.
Para el plano inclinado, a través del ángulo correspondiente a la situación justo cuando
el bloque empieza a deslizarse y para el plano horizontal a través de un ajuste lineal de

10. mínimos cuadrados en el que se relacionaban vs , determinando el valor de la
pendiente de la recta como el coeficiente a hallar. Además, cumplimos con todos los
objetivos de la práctica.

Conclusiones:
- El coeficiente de fricción se puede hallar a través de un plano inclinado por medio de la
tangente del ángulo justo cuando el bloque empieza a deslizarse.
- El coeficiente de fricción se puede hallar a través de un plano horizontal por medio del
cociente entre vs o a través de un ajuste de mínimos cuadrados.
- La relación que debe existir del coeficiente a través de cualquiera de estos dos métodos
debe ser casi la misma.
- Los coeficientes de fricción son independientes de la fuerza normal
- El coeficiente de rozamiento estático es mayor que el coeficiente de rozamiento cinético.