Fuerza de rozamiento
El rozamiento por deslizamiento
Medida del coeficiente cinético (I)
Medida del coeficiente cinético (II)
Medida del coeficiente cinético (III)
Fuerza de rozamiento en un plano inclinado
El mejor ángulo para arrastrar un bloque
Medida del coeficiente estático
Barra apoyada en dos puntos móviles.
Placa apoyada en dos rodillos que giran.
Dos bloques superpuestos
El objetivo de esta práctica simulada es la medida del coeficiente de rozamiento por deslizamiento
Un bloque de masa m desliza hacia abajo por un plano inclinado. El ángulo q del plano inclinado se ajusta de modo que el bloque desliza con velocidad constante.
Fundamentos físicos
Como vemos en la figura, las fuerzas que actúan sobre el bloque son, el peso mg, la reacción del plano inclinado N, y la fuerza de rozamiento, opuesta al movimiento.
Procedimiento de aproximaciones sucesivas para la medida del ángulo crítico
Para determinar cuando un movimiento es uniforme situamos tres detectores a lo largo del plano inclinado. Cuando el bloque pasa por el primer detector (se abre simulando un pequeño interruptor o una célula fotoeléctrica), pone el marcha el primer cronómetro. Cuando el bloque pasa por el segundo detector para el primer cronómetro y pone en marcha el segundo cronómetro. Cuando el bloque pasa por el tercer detector para el segundo cronómetro.
Si el detector central es equidistante de los extremos, se pueden producir los siguientes casos:
- Si el bloque acelera, el tiempo medido por el primer cronómetro es mayor que el medido por el segundo cronómetro.
- Si el bloque decelera: el tiempo medido por el primer cronómetro es menor que el medido por el segundo.
- Si el bloque se mueve con velocidad constante: los tiempos medidos por ambos cronómetros son aproximadamente iguales.
El gráfico situado en la parte derecha del applet nos ayuda a determinar el ángulo para el cual el bloque desliza con velocidad constante mediante aproximaciones sucesivas:
- En color rojo, se representa los ángulos para los cuales el bloque acelera.
- En color azul se representan los ángulos para los cuales el bloque sigue un movimiento decelerado.
Por ejemplo, si para el ángulo q1 el movimiento es acelerado y para el ángulo q2 el movimiento es decelerado, la solución buscada (el ángulo para el cual el bloque desliza con velocidad constante) se encontrará en el intervalo (q1, q2)
Disminuyendo este intervalo nos acercaremos cada vez más al valor del ángulo crítico buscado y por tanto, al valor del coeficiente de rozamiento cinético.
De este modo, para determinar si el movimiento del bloque desde el primer detector en adelante es uniforme, no nos interesan los valores de los tiempos medidos por los cronómetros, solamente, si el tiempo medido por el primero es mayor, menor o igual al tiempo medido por el segundo.
Actividades
El programa interactivo genera de forma aleatoria los valores de los coeficientes de rozamiento estático y cinético, siendo el primero ligeramente mayor que el segundo.
Se establece el ángulo del plano inclinado, actuando sobre la barra de desplazamiento o bien introduciendo un valor en el control de edición adjunto y pulsando la tecla ENTER o RETORNO. El primer control lo usaremos para aproximarnos al ángulo deseado, el segundo para introducir el ángulo exacto.
A continuación, se pulsa el botón Empieza. Si el bloque no se mueve, incrementamos el ángulo y volvemos a pulsar el botón Empieza y así sucesivamente, hasta que el bloque empiece a deslizar.
| La clave para realizar la experiencia simulada estriba en cambiar el ángulo del plano inclinado mientras el bloque desliza hasta el primer detector. |
Una vez que el bloque ha sobrepasado el primer detector, quedan inhabilitados tanto la barra de desplazamiento como el control de edición asociados. Por tanto, el cambio en el ángulo de inclinación hay que hacerlo antes de que el bloque alcance el primer detector.
Una vez completada la "experiencia", se pulsa el botón titulado Resultado, el programa nos proporciona el valor del coeficiente de rozamiento cinético.
El botón titulado Pausa sirve para parar momentáneamente el movimiento del bloque, que se reanuda cuando se vuelve a pulsar el mismo botón titulado ahora Continua. Pulsando en el botón titulado Paso se observa la posición del bloque en cada intervalo de tiempo, paso a paso.
Cuando se pulsa el botón titulado Nuevo se comienza una nueva "experiencia", cambian los valores de los coeficientes de rozamiento estático y cinético.
Otra opción interesante, es la visualización de los vectores fuerza que actúan sobre el bloque, activando la casilla titulada Vectores. Podemos apreciar, que aumenta la componente del peso a lo largo del plano cuando se incrementa el ángulo de inclinación y también, lo hace la fuerza de rozamiento, mientras el bloque está en reposo. Cuando la fuerza de rozamiento alcanza el valor máximo, el bloque empieza a deslizar y la fuerza de rozamiento disminuye.