Práctica 3. Fuerzas,
arrastre y fricción
OBJETIVO
Describir el
movimiento de un cuerpo que es jalado sobre una superficie aplicando las leyes
de Newton. Calcular la relación entre estas dos fuerzas y el peso del objeto.
INTRODUCCIÓN
Cuando empujamos un carro sobre la carretera, al
iniciar el movimiento, sentimos que debemos hacer un gran esfuerzo antes de
lograrlo, esto es debido a la fricción estática, pero una vez que está en
movimiento nuestro esfuerzo al empujarlo para que continúe moviéndose es
diferente, la oposición a éste esfuerzo le llamamos fuerza de fricción
cinética, y resulta mucho menor que la fuerza de oposición antes de que el
movimiento iniciara. Además sabemos que si le damos un fuerte empujón continuará
moviéndose solo, unos metros más y nos podemos cuestionar ¿qué lo detiene? Pero
que tanto puede influir el hecho de que tengamos el mismo carro moviéndose
sobre otro tipo de superficie, como por ejemplo: sobre un campo de fútbol,
sobre pavimento mojado, o en caso extremo sobre una pista de hielo.
Ahora analizaremos un experimento en el cual un cuerpo
de masa M situado en una
superficie nivelada se jala con una cuerda a de la que cuelga una masa (m), como se muestra en el siguiente diagrama. Al soltar la
masa m comenzará a caer y M se moverá por la
superficie horizontal.
Aplicando la segunda Ley de Newton (Fneta=ma, donde a es la aceleración del sistema) en nuestro experimento lo haremos a modo que se mueva lentamente y a velocidad constante por lo tanto la fuerza neta es: Fneta=0. Con esto podemos obtener el valor de la fuerza de arrastre o tensión de la cuerda.
Pero cuál es la relación entre la fuerza de arrastre y
el peso del bloque.
MATERIAL
Tabla de 1m
Polea de mesa
Juego de pesas
Mesa elevadora
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Hilo
Balanza
Nivel
3 Bloques de fricción
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El alumno deberá traer:
Plastilina
Clips
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Hule espuma
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Caja para el material
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PROCEDIMIENTO
- Calibrar la balanza y pesar los bloques masa M. agregar un poco de plastilina para que pesen igual.
- Armar el equipo como se muestra en la figura, detener para que no caiga.
- Encontrar la fuerza mínima para que el bloque se deslice lentamente, mínimo de peso en m.
- Repetir lo anterior para masas diferentes de 2M y 3M.
- ¿Cómo varia la fuerza de arrastre al aumentar la masa M?
- alcula el valor de la fuerza entre el peso de M, observa que esta se mantiene constante dentro de la incertidumbre experimental. A esta constante se le denomina coeficiente de fricción cinético µk.
- Coloca el bloque sobre la tabla, no usaremos hilo ni pesas.
- Inclina la tabla poco a poco hasta que el bloque se deslice lentamente, disminuye un poco para que podamos decir que se mueve a velocidad constante.
- A este ángulo le llamaremos ángulo crítico, ángulo mínimo en que el bloque resbala lentamente.
- Plantea el diagrama de fuerzas implicado aquí y resuelve para hallar µk. ¿depende este ángulo de µk.
NOTA: Las preguntas se responden con respaldo
experimental.
PREGUNTAS
- ¿Cómo varía el coeficiente de fricción cinética con la variación de la masa del bloque?
- ¿Cómo varía este coeficiente con el tipo de material, entre el bloque y la superficie horizontal?
- ¿Cuál es la relación entre el coeficiente de fricción cinética y la masa, el área superficial, o la velocidad del objeto?
- ¿Cuándo la masa del bloque se aumenta, la fuerza de fricción cinética aumenta? ¿Por qué?
- ¿Cómo influirá µk en las siguientes situaciones:
CONCLUSIONES
De acuerdo a tus mediciones y conocimientos,
adquiridos en la experimentación e investigación.
Hay que establecer una relación entre la fuerza de arrastre y la masa, en el primer experimento. Y en el segundo una relación entre la masa y el ángulo. (Entonces hay que variar la masa y medir la segunda variable).
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