K. S. Larota Ancasi, S. E. Huaraca Alejo, I. Quispe Huaman, T. Ramos Matienzo, W. K. Socorro RamosEscuela Profesional de Ingeniera Ambiental, Universidad Nacional del CallaoAv. Juan Pablo Segundo 306, Bellavista Callaokrnwn@hotmail.com, ivan_a1@hotmail.com, taliaramosmatienzo@hotmail.com,katherine_larota@hotmail.com, blanquita_10sy@hotmail.com

Realizado el 03 de Junio de 2014; presentado el 10 de Junio de 2014

RESUMENEn el presente trabajo se muestra el anlisis de la fuerza de friccin en solidos con elsistema Data Studio. Paraesto, sedesarrollaron grficas de tensin vs tiempo para hallar los coeficientes de friccin que deben ser menor a uno. De este modo se pudo aprender las caractersticas de los coeficientes de rozamiento dinmico y esttico, verificar la relacin entre el coeficiente de friccin y la fuerza de rozamiento y realizar clculos cinemticos basndose en consideraciones dinmicas y mecnicas para los materiales y accesorios usados.

Palabras claves: tefln, grafito, neumtico, etc.

FSICA I FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES JUNIO 2014-A

FRICCION EN SLIDOS

FIARN (2014) 1

INTRODUCCINLa friccin es una fuerza resistente que acta sobre un cuerpo, que impide o retarda el deslizamiento de este respecto a otro o en la superficie que este en contacto. Esta fuerza es siempre tangencial a la superficie en los puntos de contacto con el cuerpo, y tiene un sentido tal que se opone al movimiento posible o existente del cuerpo respecto a esos puntos. Por otra parte estas fuerzas de friccin estn limitadas en magnitud y no impedirn el movimiento si se aplican fuerzas lo suficientemente grandes.

FUNDAMENTO TERICOLa fuerza derozamientoo fuerza defriccin, es la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies (fuerza de friccin dinmica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de friccin esttica). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscpicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicularRentre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ngulo con lanormalN(el ngulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normalN(perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamientoF, paralela a las superficies en contacto. Friccin estticaEs la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento. Sobre un cuerpo en reposo al que se aplica una fuerza horizontalF, intervienen cuatro fuerzas F: la fuerza aplicada. Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento. P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleracin de la gravedad. N: la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo sostenindolo. Rozamiento dinmicoDado un cuerpo en movimiento sobre una superficie horizontal, deben considerarse las siguientes fuerzas: Fa: la fuerza aplicada. Fr: la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento.

P: el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleracin de la gravedad. N: la fuerza normal, que la superficie hace sobre el cuerpo sostenindolo.

Friccin en solidos Antes de moverse ,su dinmica es:

TmMV :cte

NFsmgTsV=0mTs=FsN=mgTs=usmgUs=Ts/mg

Cuando se mueve, su dinmica es:NFsmgTcV=ctemTc=FcN=mgTc=ucmgUc=Tc/mg

Ts: tensin estticaTc: tensin cinticaDonde m: masa de caja + masa adicional= 0.0958+0.050=0.1458kg

MATERIALES Y EQUIPOS Programa Data Studio instalado Interface Science Workshop 750 Una computadora personal Sensor de fuerza Mvil motorizado Sensor de fuerza Hilo de Nylon Set de masas Carril

ACTIVIDADESTabla 2 (coeficiente de friccin esttico y cintico)Numero de mediciones12345

Fuerza mxima (N)1.050.880.961.421.29

Fuerza media (N)0.390.640.660.870.93

Coeficiente esttico0.7360.6170.6730.9950.904

Coeficiente cintico0.2730.4480.4620.6100.652

AnlisisValor promedio

Coeficiente esttico0.785

Coeficiente cintico0.489

Grafico1

Grafica2

Grafica 3

Grafica 4

Grafica 5

CUESTIONARIO1. Con los datos recolectados de las actividades, Por qu el coeficiente de friccin esttica es mayor que el coeficiente de friccin cintica? No se tiene una idea perfectamente clara de la diferencia entre el rozamiento dinmico y el esttico, pero se tiende a pensar que el esttico es algo mayor que el dinmico, porque al permanecer en reposo ambas superficies pueden aparecer enlaces inicos, o incluso micro soldaduras entre las superficies, factores que desaparecen en estado de movimiento. ste fenmeno es tanto mayor cuanto ms perfectas son las superficies. Cuando estos experimentos se llevan a cabo con bloques de metal suave, que se limpian cuidadosamente, la diferencia entre los coeficientes esttico y cintico tiende a desaparecer. Cuando en una determinada combinacin de superficies, se citan coeficientes de friccin, generalmente est referido al coeficiente de friccin cintica, por ser el nmero ms fiable

2. Por qu al colocar una moneda sobre un papel y tirar con fuerza de ella, la moneda no se mueve? Explique con rozamientoSi no aplicamos una fuerza exterior a un cuerpo este permanece quieto movindose a velocidad constante y en lnea recta (M.R.U).Acabamos de enunciar el primer principio de Newton que se llama principio de inercia. Es causa de este principio que al arrancar el colectivo sientes ese empujn hacia atrs.Si volvemos a realizar el experimento, movemos el papel lentamente, esta vez la moneda se mueve tambin. Se debe a que si tiras fuerte del papel la moneda se queda en un mismo lugar, pero si tiras despacio el objeto acompaa al desplazamiento. La clave de lo que sucede est en la fuerza que realizamos para sacar al papel. Tomemos un libro y coloqumoslo sobre el papel y repitamos la experiencia. Si tiramos con fuerza del papel el libro no se mueve, si tiramos despacio se mueve con l.Si colocamos varios libros sucesivamente sobre el papel llegara el momento en que, tirando suavemente de l, no podamos mover el sistema. Existe una interaccin entre la superficie de contacto del papel y la de los libros, existe una fuerza que se opone a este movimiento, esta fuerza se denomina fraccin.La friccin es la responsable que un cuerpo que est en movimiento sobre el suelo se detenga. (Ya sea para arrancar, detener, acelerar o desacelerar una partcula siempre debemos aplicar una fuerza exterior de l).

3. Cul es la funcin de la peralte en las carreteras y canales de riego? Indique el comportamiento de la friccin sobre la peralte.El peralte en carreteras se construye para compensar la fuerza centrfuga que hace que los vehculos salgan de la carretera. Ejemplo:El coche va a realizar un movimiento circular uniforme de radio R. Su aceleracin ser centrpeta, a= v2 R. Si toma la curva con excesiva velocidad va a derrapar hacia el exterior. La fuerza de rozamiento con el suelo se opone a dicho movimiento. Dibujando el diagrama de fuerzas ejercidas sobre el automvil y planteando la segunda ley de Newton:

La fuerza de rozamiento es esttica, no hay derrape. El movimiento del coche se produce a lo largo de una direccin perpendicular al plano de la figura, no en la direccin en la que acta la fuerza de rozamiento. Esta fuerza tendr un valor lmite Froz.mx. = N, que lo alcanzar cuando la velocidad sea mxima. En este caso las ecuaciones anteriores se transformarn en:

4. Analice la friccin en el movimiento de una persona.El movimiento del hombre o de un vehculo sobre el suelo, se produce gracias a las fuerzas de rozamiento. Al caminar, la persona empuja el suelo con los pies hacia atrs, y ste ejerce una de friccin sobre la persona empujndola hacia delante. 5. Analice la friccin en el movimiento de una rueda. La rueda de un automvil o de cualquier otro vehculo (bicicleta) gira debido al par traccin-friccin (fuerza desarrollada por el motor, o por la accin del pie sobre el pedal y la ejercida por el rozamiento de las ruedas con el suelo. Si ste no existiera, la rueda patinara.6. Analice la friccin en el movimiento de arena o trigo debido a una maquina transportadora.Cuando estas se acumulan se depositan en forma triangular. Esta debido a la friccin donde podemos medirla por medio de su ngulo.7. por qu el rozamiento entre cuerpos de la misma clase es mayor en comparacin a cuerpos diferentes?Al ser del mismo material hacen que se anclen o entren en mejor contacto y sea ms difcil su movimiento y por eso su rozamiento es mayor que a los cuerpos de diferente material.8. Por qu los neumticos de los autos de carrera son anchos y casi lisos. En cambio los neumticos de los autos son mas angostos y tienen surco?Para que puedan disipar mejor el calor, y as se enfra ms rpido.9. por qu los trileres en sus ejes traseros sus ruedas son dos para cada extremo?Porque ese movimiento tambin algunos llevan varios ejes, incluso porque en la parte trasera es donde ms carga el vehculo, ya sea a camin autobs, tractor, etc. Otra ventaja es cuando una llanta se le malogra la otra la tiene de repuesto y ya no deja varado el triler.10. Cul es la funcin del aceite de petrleo? De ejemplo de usos.La funcin es lubricar las partes metlicas del mvil y de esa manera evita desgaste. Cuando un motor est bien lubricado reduce el gasto de combustible y aumenta la potencia

11.- Cul es ms eficiente para el uso en las maquinarias, el aceite de petrleo o el aceite de petrleo re-refinado?. Explique.Es mejor el aceite re refinado ya que una vista econmico y ecolgico de accin a todos los consumidores pueden tomar es la compra de aceite de motor re-refinado para sus vehculos personales, y para presionar a las localidades de utilizar los productos refinados del petrleo de nuevo en sus sistemas de trnsito masivo y flotas comerciales.Re-refinado de aceite de motor es el aceite de motor que ha sido utilizado por el consumidor, depositado en muchas estaciones de servicio y centros de lubricacin, y luego reciclados para su reutilizacin por parte del pblico. Se ha limpiado de todas las contenciones adquiridas por millas de uso en un proceso llamado destilacin al vaco. Hydro-tratamiento elimina las sustancias qumicas no deseadas adicionales, al igual que las refineras de manera quitar el aceite base de origen natural crudo. Nuevos aditivos se aaden a asegurarse de que el aceite refinado se adhiere de nuevo a todos los niveles de rendimiento de la industria. El aceite no pierda nunca su valor intrnseco como un lubricante y refrigerante, a travs de muchas pruebas de laboratorio, los qumicos han llegado a la conclusin de que el aceite re-refinado realiza y dura el mismo tiempo que el aceite de motor virgen.12.- Explique la friccin en los lquidos y gases.Cuando un cuerpo se mueve a velocidad relativamente baja a travs de un fluido tal como un gas o un lquido, la fuerza de friccin puede obtenerse aproximadamente suponiendo que es proporcional a la velocidad, y opuesta a ella. Por consiguiente:

El coeficiente de friccindepende de la forma del cuerpo. Por ejemplo, en el caso de una esfera de radio, un clculo laborioso indica que:

Relacin conocida como laley de Stokes.El coeficientendepende de la friccin interna del fluido (la fuerza de friccin entre las diferentes capas del fluido que se mueven a diferentes velocidades). Esta friccin interna se conoce comoviscosidady recibe el nombre de coeficiente de viscosidad. El coeficiente de viscosidad en el sistema MKS se expresa en Kg / m*s. La viscosidad puede expresarse en g / cm*s y es llamada poise,y abreviada . El poise es igual a un dcimo de la unidad MKS de la viscosidad.13.- De qu est hecho y por qu usan el polvo blanco que usan los gimnastas o levantadores de pesa en sus manos?El polvo de carbonato de magnesio () es utilizado por los atletas como gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre de los objetos y proporcionar mayor adherencia con los objetos. Tiene la propiedad hidroscpica, que consiste en absorber agua, lo que hace que sea un buen agente de secado. 14.- Cmo determinar el coeficiente de rozamiento de los materiales de la arena, el limo, la arcilla y la grava?Para materiales granulares, el coeficiente de rozamiento depende de: La fuerza de arrastre Ordenamiento de los granos en la superficie deslizante Las superficies en contactoEl coeficiente de friccin grano, es de gran ayuda para encontrar el ngulo de friccin interno partiendo de la siguiente expresin:

Donde: ngulo de friccin interno (propiedad de losmateriales granulares coeficiente de friccin 15.- Para los materiales de la pregunta anterior si estn hmedas. Analice lo que ocurre a sus coeficientes de rozamiento.La adicin de agua a los materiales granulares reduce significativamente la friccin de deslizamiento de un objeto que se mueve sobre estos, pero slo para pequeas cantidades de agua.16.- Explique la friccin en los pavimentos e indique que materiales se usan para su construccin.Se considera como el principal criterio de diseo de curvas horizontales, se relaciona directamente con la dinmica de la conduccin, que es controlada por las leyes fsicas del movimiento de un vehculo e involucra sus propiedades, las del trazado y del pavimento de la va por la que circula. Este criterio se basa en la diferencia entre la friccin demandada y asumida por el diseo. Para una conduccin segura el coeficiente de roce asumido debe ser mayor que el coeficiente de roce demandado. El roce demandado corresponde al roce que presenta el pavimento, el cual cambiar a lo largo del tiempo y segn las condiciones climticas y de circulacin. El roce asumido es determinado a partir de las condiciones de diseo geomtrico de las curvas.

Donde: velocidad de diseo [km/hr].

radio de curvatura [m]. : peralte [%/100]. 17._ En qu consiste el proceso de soldadura por friccin?Lasoldadura por friccines un mtodo desoldaduraque aprovecha el calor generado por lafriccinmecnica entre dos piezas en movimiento. El principio de funcionamiento consiste en que la pieza de revolucin gira en unmovimiento de rotacinfijo o variable alrededor de suejelongitudinal y se asienta sobre la otra pieza. Cuando la cantidad de calor producida por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a latemperaturade soldadura, se detiene bruscamente el movimiento, y se ejerce un empuje el cual produce la soldadura por interpenetracingranular. Este proceso se usa para la unin de ejes de camin o los cilindros y pistones hidrulicos.18._ Por qu el grafito es llamado regulador de friccin? Explique sus aplicaciones para la industriaPor qu el grafito posee un alto coeficiente de friccin y es el ms barato.El grafito puede ser utilizado para muchas aplicaciones, entre ellas: Lubricantes Ladrillos Crisoles Pistones Juntas Arandelas Rodamientos Electrodos Carbones de un motor Discos de grafito Grafeno Tintura de grafito

19._Se tiene dos libros cuyas pginas estn intercaladas unas con otras y puestas de manera horizontal Por qu no se puede separar los libros si estas ests son jaladas horizontalmente con igual fuerza?.La tensin entre dos hojas es mnimo por que la masa es liviana, pero cuando las hojas se intercalan aportan una mayor fuerza de friccin lo que hace que estas fuerzas no se puedan separar.20._ Cuantos tipos de nariz poseen los cohetes?Los cohetes poseen cuatro tipos de narices parablica, ojiva, cnico y elptico. Cuando se ve de costado, pero no se debe confundir con el diseo parablico. Lo ms indicado para disminuir la friccin seria fabricar un cohete con nariz de tipo ojival y la parte de proa (la punta) del cohete debera tener mayor calibre que la parte de proa (parte inferior), ambas observaciones tienen la finalidad de disminuir la resistencia del cohete al aire.Tipos de narices, segn su formaCoeficiente de resistencia(sin unidades)

Cnicas0,667

Ojivales0,446

Parablicas0,5

Elpticas0,333

21._ Que es el tefln?Teflnes un tipo de polmero fluorado, de nombre qumico "politetrafluoroetileno" o "PTFE", formado por una sucesin demolculascompuestas por dostomosde flor (F) y uno de carbono (C), que lo convierten en un material inerte y antiadherente.El tefln constituye un material plstico similar al polietileno, pero con una estructura atmica diferente, pues en lugar de combinar tomos de carbono (C) y de hidrgeno (H), estos ltimos se sustituyen por tomos de flor (F).El tefln en La industria mecnica lo emplea en la produccin de engranajes y diferentes mecanismos autolubricados. La industria automotriz, por su parte, lo utiliza para fabricar diferentes tipos de mangueras, sistemas de airbag, frenos, filtros de aceite, as como en las escobillas de los limpiaparabrisas para eliminar el molesto chirrido que producen sobre el cristal cuando cae una llovizna y, en la industria elctrica y electrnica por su gran resistencia dielctrica a las altas frecuencias de la corriente alterna, su bajo factor de disipacin de calor y su alta resistencia superficial22._ En un proceso industrial en las chimeneas salen partculas de polvo, holln, humo, etc Por qu esas partculas caen con velocidad terminal o velocidad limite fuera de la chimenea? El empuje junto a la fuerza de rozamiento se iguala a la fuerza de movimiento del propio cuerpo.23. Analice la velocidad terminal o velocidad limite de un cuerpo que se mueve por una tubera que contiene un fluido. Compara la rapidez con que caen en el aire diferentes objetos; por ejemplo, dos hojas de papel iguales, pero estando una estirada y la otra arrugada conformando una pelota. O, como lo hiciera Galileo, la cada de una pluma con la de un martillo. Compara tambin la rapidez de cada de una moneda en el aire y en el agua. Cualquier cuerpo que se deje caer desde el reposo, inicialmente aumentar su rapidez y tambin la magnitud de esta fuerza. Si el tiempo de cada es suficientemente largo, esta fuerza se har igual al peso, y la fuerza neta ser cero desde ese momento en adelante, por lo tanto, continuar movindose con velocidad constante. Esta velocidad se denomina velocidad lmite o terminal.Hay algunas circunstancias en que este efecto es de gran importancia. Por ejemplo, cuando llueve, gracias al roce con el aire, las gotas de agua alcanzan rpidamente la velocidad lmite, la cual afortunadamente es bastante pequea. Si no fuera as, se convertiran en peligrosos proyectiles que atentaran contra nuestras vidas. Esto es tambin importante para los paracaidistas, quienes, antes de abrir el paracadas, alcanzan velocidades lmites del orden de los 100 km/h, pudiendo disfrutar de la cada durante varios minutos, aunque pueden variar su rapidez cambiando la posicin de su cuerpo. 24. Las fuerzas de rozamiento del aire es mayor sobre los continentes o el ocano? Explique con ejemplosLa friccin en los continentes es mayor que en los ocanos.La denominacin de los vientos depende de la direccin de donde provienen. As, un viento del norte es aquel que sopla de norte a sur y un viento del oeste es aquel que sopla de oeste a este. Cuando los vientos soplan con mayor frecuencia desde una direccin que desde otra, esta recibe el nombre de viento prevalente.La velocidad del viento aumenta rpidamente con la altura sobre el nivel del suelo mientras que la carga de friccin disminuye. Por lo general, el viento no es una corriente constante sino conformada por rfagas con una direccin ligeramente variable, separada por intervalos. Las rfagas de viento que se producen cerca de la Tierra se deben a las irregularidades de la superficie, lo cual crea remolinos. La fuerza de Coriolis afecta a los vientos predominantes, a la formacin de tormentas y de corrientes ocenicas. Mientras que la friccin desempea un papel relativamente menor, debido a que las masas de aire se mueven esencialmente en direcciones paralelas. 25. Qu es el movimiento de reptacin de algunos seres vivos? La reptacin consiste en un desplazamiento y redistribucin de las partculas existentes en una formacin deleznable por accin de la gravedad e impulsadas por un agente externo. Tres son los mecanismos que desencadenan la reptacin: la temperatura, el agua y los seres vivos. Los seres vivos, y particularmente las plantas con el crecimiento de las races y la accin de los animales excavadores, e incluso el paso de grandes animales, pueden provocar pequeos desplazamientos de partculas, a la larga muy importantes. Las huellas del ganado mayor (vacuno, principalmente) dejan en la pendiente de las laderas una serie de pequeos senderos que en francs reciben el nombre de pieds de vache, y que contribuyen, por una parte, a compactar el suelo de manera horizontal, es decir, en el sentido de las curvas de nivel o los senderos utilizados por el ganado, y por la otra, a debilitar la pendiente durante las lluvias muy intensas, tanto por el sobrepastoreo como por la pequea remocin de tierra con sus pisadas, lo que viene a incrementar la reptacin.26. Qu es el desgaste abrasivo? Se presentan entre piezas secas o con la presencia de un fluido entre las piezas? expliqueEs la prdida de masa resultante de la interaccin entre partculas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella. Tambin Se llama desgaste abrasivo el que sufre la superficie de un elemento de maquina como resultado de la accin cortante o por ralladura de un cuerpo o partculas duras.El desgaste abrasivo est determinado por la presencia de partculas abrasivas en la zona de friccin y la destruccin de la superficie o como resultado de la deformacin plstica local, microrrayaduras y microcortes cuando en el medio en que trabaja la pieza existen elementos que tienen o desprenden partculas de alta dureza

27. Qu es la friccin atmosfrica? Explique cmo varia con la alturaLa atmsfera funciona como un escudo protector contra los impactos de enorme energa que provocaran an pequeos objetos espaciales al colisionar a altsima velocidad contra la superficie del planeta.Sin atmsfera, la velocidad de colisin de estos objetos sera la suma de su propia velocidad inercial espacial (medida desde nuestro planeta) ms la aceleracin provocada por la gravitacin terrestre.La energa cintica de los meteoritos se transforma en calor por la friccin de los mismos en el aire y desde la superficie vemos un meteoro, meteorito o tambin estrella fugaz.La friccin es la manifestacin macroscpica de una transferencia de energa cintica, o su transformacin en otro tipo de energa, por la que un cuerpo "pierde" movimiento cedindoselo a otro ya sea transfirindole parte de su propio movimiento o transformndose en movimientos moleculares (calor, vibracin sonora, etc.)La velocidad del viento aumenta rpidamente con la altura sobre el nivel del suelo mientras que la carga de friccin disminuye.28. En un incendio forestal de un bosque, se aviva ms la llama si el incendio se produce en la copa de los rboles o en la vegetacin cercana del suelo?La llama se aviva ms en la copa de los arboles porque hay ms aire y menos presin atmosfrica en cambio en la vegetacin cercana del suelo no hay llama porque no hay mucha aire pero si ms presin atmosfrica.

CONCLUSIONES Existen dos clases de coeficientes uno esttico otro cintico donde es cintico es menor de los dos. No solo existe friccin solo en cuerpos slidos. La friccin ayuda a que los cuerpos no se resbalen y est presente en todo momento e importante en la industria

Referencias Bibliogrficas Gua de fsica I (Mg. Jorge Luis GodierAmburgo) Fsica Editorial LumbrerasReferencias de Internetes.wikipedia.org/wiki/Friccin