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Fricción

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Los efectos de la fricción se observan fácilmente en las actividades cotidianas y aún los mecanismos físicos que gobiernan la fricción pueden ser complejo.

La fricción es una fuerza que se opone al movimiento de un objeto cuando está en contacto con una superficie. En el nivel microscópico, es causada por la rugosidad de la superficie de los materiales en contacto e interacciones intermoleculares. Pero uno puede superar esta fuerza mediante la aplicación de una fuerza externa que es igual en magnitud.

El objetivo de este video es demostrar cómo medir la fricción en un entorno de laboratorio para deslizar horizontalmente los objetos, así como por un plano inclinado.

Antes de zambullirse en el protocolo, vamos a revisar los conceptos de la fuerza de fricción. En primer lugar, usted necesita saber que hay dos tipos de fricciones - fricción cinética y estática de la fricción.

Para entender la fricción cinética, imagínese que usted está en un tubo de goma deslizar a través de un infinito campo horizontal de hielo.

Aunque el hielo se puede considerar una superficie lisa, si nos fijamos en el nivel microscópico, hay interacciones complejas entre las dos superficies que causan fricción. Estas interacciones dependen de la rugosidad de la superficie y fuerzas de atracción intermoleculares.

La magnitud de esta fuerza de fricción cinética es igual al producto del coeficiente de fricción cinética, o μK, que depende de la combinación de material de la superficie y la fuerza normal, o Fnorm que empuja la superficie y el objeto juntos.

FNORM actúa para apoyar el objeto y es perpendicular a la interfaz. En este caso, puesto que el tubo está en un terreno llano, el Fnorm es igual a y frente a la fuerza de la gravedad, que es de mg. Por lo tanto, si sabes la masa combinada con el tubo y el coeficiente de fricción cinética de goma y hielo, fácilmente podemos calcular la fuerza de fricción.

Fricción cinética de la energía cinética de puede convertir en calor y también reduce el impulso del tubo finalmente llevarla a descansar.

Ahora, esto es cuando la fricción estática - el otro tipo de fricción - entra en juego. Esta fuerza de fricción se opone al movimiento de un objeto estático y puede calcularse mediante la aplicación de una fuerza externa. La fuerza aplicada que finalmente se mueve el objeto revela la fuerza estática máxima.

La fórmula de la fuerza estática máxima es el mismo que el de fricción cinética, pero el coeficiente de fricción estática μS es típicamente mayor que μK de la misma combinación de material de la superficie.

Otra forma de superar la fuerza estática máxima es mediante el aumento de la pendiente de la superficie. En un ángulo, llamado ángulo de reposo o θR, la fuerza que tira hacia abajo de la pendiente será igual a la fuerza de fricción estática y el tubo comienza a deslizar. Esta fuerza de tracción, que es el seno del ángulo de reposo veces la fuerza de gravedad, es igual a la fuerza estática máxima, que es producto de tiempos μS de m, g y coseno de θR. Por reordenar esta ecuación, podemos calcular el coeficiente de fricción estática.

Ahora que hemos aprendido los principios de fricción, vamos a ver cómo pueden aplicarse estos conceptos para calcular experimentalmente las fuerzas y coeficientes de fricción cinética y estática. Este experimento consiste en una escala masiva, una escala de fuerza, dos bandejas de metal con diferentes coeficientes de fricción como bloque 1 y 2, un ajustable de inclinación plano, dos pesas de 1000 g y un transportador.

Añadir un peso de 1000 g a cada bloque y utilice la escala para medir las masas de los bloques de carga.

Después de conectar la balanza de fuerza para bloquear 1, tire la escala horizontalmente y observe la lectura de la fuerza justo antes de que el bloque empieza a deslizar. Grabar esta fuerza de fricción estática máxima y repetir esta medición cinco veces para obtener conjuntos de datos múltiples. Efectuar el mismo procedimiento utilizando bloque 2 y registrar estos valores.

A continuación, con la escala de fuerza conectada al bloque 1, tire de la escala a una velocidad constante y tenga en cuenta la fricción cinética fuerza en el medidor. Repita esta medida cinco veces para obtener conjuntos de datos múltiples. Otra vez, efectuar el mismo procedimiento utilizando bloque 2 y registrar estos valores.

Ahora, coloque el bloque 1 bloque 2 en la parte superior y tire la báscula a una velocidad constante para determinar la fuerza de fricción cinética. Repita esta medida cinco veces y calcular el promedio. Realizar el mismo procedimiento con el bloque 2 sobre el bloque 1.

Para el siguiente experimento, gire bloque 1 tal que el área superficial más pequeña enfrenta a la mesa y adjuntarlo a la escala de la fuerza. Ahora Mida la fuerza de fricción estática como antes haciendo la nota de la fuerza antes de que el bloque empieza a deslizar. Repita esta medida cinco veces para obtener conjuntos de datos múltiples.

Para el último experimento, coloque 1 en el plano de inclinación ajustable con el avión inicialmente en un ángulo de cero grados. Lentamente aumentar el ángulo del avión y utilizar un transportador para determinar el ángulo en el cual el bloque comienza a deslizarse. Otra vez, repita esta medida cinco veces para obtener múltiples conjuntos de datos y realizar el mismo procedimiento utilizando bloque 2.

Para los experimentos llevados a cabo sobre superficie horizontal, la fuerza normal en los bloques es igual al peso, es masa veces g. Puesto que la masa del bloque 1 y 2 para ambos experimentos de fricción estática y cinética son las mismas, Fnorm es la misma en los cuatro casos. Utilizando el promedio de los valores de fuerza medido para los diferentes experimentos y las fórmulas para ambos fricciones, pueden calcularse los coeficientes de fricción.

Como era de esperar, el coeficiente de fricción estático es mayor que el coeficiente de fricción cinética. Además, los coeficientes respectivos de los dos bloques son diferentes puesto que cada uno de ellos posee una rugosidad diferente.

En el experimento de bloques apilados, sabemos que la masa se duplica en ambos casos, por lo que podemos calcular el nuevo Fnorm. Ya sabemos que μk para el bloque en contacto con la superficie. Con esto que podemos calcular la fuerza de fricción cinética, que concuerda bien con la fuerza de medida durante el experimento.

La fuerza de fricción medida después de un cambio en la orientación del bloque 1 demostró que la superficie de contacto no afecta la fuerza de fricción. Las discrepancias entre las fuerzas calculadas y medidas son consistentes con los errores estimados asociados con la lectura de la escala de fuerza manteniendo una velocidad constante.

Los experimentos de plano inclinado, se midió el ángulo de reposo. Con este ángulo, se pudieran determinar los coeficientes de fricción estática, y aquí los valores se compara favorablemente con los coeficientes de las mediciones de desplazamiento horizontales.

Estudio de la fricción es importante en varias aplicaciones, como puede ser muy beneficioso o un fenómeno que debe reducirse al mínimo.

Es extremadamente importante para los fabricantes de neumáticos de automóvil para el estudio de la fricción, ya que permite a los neumáticos ganar tracción en una carretera. Por lo tanto, cuando llueve, el agua y el aceite residual en la carretera de reducir significativamente el coeficiente de fricción, haciendo resbalar y accidentes mucho más probables.

Mientras que los ingenieros quieren aumentar la fricción de neumáticos de coche, para motores y maquinaria en general que quieren reducirla, como fricción entre los metales puede generar calor y dañan sus estructuras. Por lo tanto, los ingenieros constantemente estudian de lubricantes que pueden ayudar a reducir el coeficiente de fricción entre dos superficies.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la fricción. Ahora debería entender qué factores contribuyen a la magnitud de la fricción, los tipos de fricción y los mecanismos físicos subyacentes que gobiernan. ¡Como siempre, gracias por ver!

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