Física investigativa experimental |
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| Dinámica: Práctica de laboratorio: Efectos de la fuerza de rozamiento | |
| Tarea experimental: | Determinar el valor de la fuerza que actúa sobre un cuerpo que se desliza por una superficie horizontal. |
| Autor de Applet: |
Curso Física por Ordenador del autor: Profesor Ángel Franco García, de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Eibar, España. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm |
| Actividad #1 | Se introduce
Se pulsa el botón titulado Nuevo Aplicamos la fuerza T colocando pesas en el extremo de la cuerda que pasa por la polea, para ello, se selecciona el tipo de pesa y se arrastra con el puntero del ratón hasta colgarla del gancho, o de la pesa previa. Se cambia
Tenemos que acercarnos lo máximo posible al valor de la fuerza msN que hace que el bloque comience a deslizar con el juego de pesas disponible. En este caso, se dispone de un total de 16 pesas, cuatro de cada tipo:
Ponemos un ejemplo, que nos indica la forma de acercarnos al valor máximo de la fuerza de rozamiento.
El valor de la tensión T de la cuerda más cercana al valor máximo msN (por exceso) es T=(500+100+5)·10.0/1000 =6.05 N La aceleración de la gravedad se ha tomado como g=10.0 m/s2 Se pulsa el botón titulado Guardar, para guardar este resultado "experimental" en el área de texto situado a la izquierda del applet. Pulsando el botón titulado Gráfica Se representa la fuerza aplicada T sobre el bloque para cada ángulo θ que forma la cuerda con la horizontal en el momento en el que el bloque empieza a deslizar. Se señala también, el ángulo que corresponde al mínimo de la fuerza aplicada sobre el bloque θmín=arctan(μs) Vemos que el resultado "experimental", un punto de color rojo que señala la medida efectuada se sitúa sobre la gráfica de la fuerza aplicada T en función de del ángulo θ que hace la cuerda con la horizontal. Nuestra medida ha sido efectuada correctamente. Para confirmarlo, calculamos su valor exacto de T para el ángulo θ=30º mediante la fórmula En la parte superior izquierda del applet, se dibujan las fuerzas sobre el bloque. Observamos que la fuerza N que ejerce el plano sobre el bloque no es constante e igual al peso del bloque mg sino que va cambiando a medida que se modifica la fuerza aplicada T o el ángulo θ que hace la cuerda con la horizontal. Se pulsa el botón titulado Nuevo, se arrastra con el puntero del ratón las pesas
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Actividad #2 |
Se introduce
Se pulsa el botón titulado Dibuja. En la parte inferior del applet, hay un pequeño cuadrado de color rojo que se puede arrastrar con el puntero del ratón hacia la izquierda o hacia la derecha. Al moverlo, el programa interactivo nos proporciona el valor de la fuerza de rozamiento fr=Fr/mg para cada valor del ángulo θ seleccionado. Para evitar que la reacción N sea menor o igual que cero y por tanto, el cuerpo ascienda, se introduce un valor de f=T/mg menor que la unidad. En la parte superior derecha del applet, se dibujan las fuerzas sobre el bloque y se indica si el cuerpo está en reposo o desliza. En la figura, se representan tres curvas en función del ángulo θ¸comprendido entre 0º y 90º
Calculamos los ángulos θ para los cuales las curvas f·cosθ y μs(1-f·senθ) se cortan. f·cosθ =μs(1-f·senθ) Primero se divide por cosθ, a continuación se emplea la relación 1/cos2θ=1+tan2θ. Quedando la siguiente ecuación en x=tanθ.
Elevando al cuadrado ambos miembros, nos queda una ecuación de segundo grado cuyas soluciones son Pueden ocurrir los siguientes casos:
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