-Introducción:
En clase el profesor nos planteó un problema sobre cinemática y dinámica. En este debíamos construir una rampa y dejar deslizarse sobre esta un objeto (primero uno que rodara y luego uno que se deslizara) y calcular el coeficiente de rozamiento de dicha rampa. Podíamos medir el tiempo que tardaba el objeto, la longitud de la rampa, la altura para dicha tarea.
La cinemática es la parte de la mecánica que trata del movimiento en sus condiciones de espacio y tiempo sin tener en cuenta las causas que lo producen. Por el contrario la dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan cambios de estado físico y/o movimiento.
CONCEPTOS CLAVE:
COEFICIENTE DE ROZAMIENTO: expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional. Usualmente se representa con la letra griega μ. En un plano inclinado puede haber rozamiento estático y dinámico.FUERZA DE ROZAMIENTO: fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento.
MRUA: movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, su trayectoria es una línea recta y su aceleración es constante y distinta de cero, esto implica que el módulo de la velocidad aumente o disminuya de manera uniforme.
MATERIALES UTILIZADOS:
PELOTA DE PLÁSTICO:
MONEDA:
Objeto circular y plano. No es capaz de rodar pero si de deslizarse. Lo hemos utilizado como cuerpo para calcular el coeficiente de rozamiento por deslizamiento.
TABLA DE MADERA:
Se trata de una tabla de conglomerado que hemos colocado sobre unos bloques de madera, en un extremo y sobre la mesa en el otro de tal manera que se creara una rampa. Se usó como la superficie sobre la que el cuerpo se desplazaba.
BLOQUES PEQUEÑOS MADERA:
Pequeños bloques de forma geométrica y de conglomerado usados para, al situarse en solo un extremo de la tabla, crear una pendiente que provocara el deslizamiento o la rodadura del cuerpo.
CINTA MÉTRICA:
Pequeños bloques de forma geométrica y de conglomerado usados para, al situarse en solo un extremo de la tabla, crear una pendiente que provocara el deslizamiento o la rodadura del cuerpo.
CINTA MÉTRICA:
Se trata de una cinta hecha de aluminio que marca la longitud del metro y sus subdivisiones. Sirve para medir longitudes o distancias. La hemos utilizado para medir la tabla de madera.
CRONÓMETRO:
Se trata de un objeto que es capaz de medir, con alta precisión, intervalos de tiempo muy pequeños. Lo hemos utilizado para saber el tiempo que tardaba el cuerpo determinado en llegar desde el inicio de la rampa hasta la mesa.
CALCULADORA CIENTÍFICA:
Se trata de un dispositivo utilizado para realizar cálculos aritméticos.
-Explicación del experimento:
Los pasos seguidos en éste experimento son:
1. Obtener los materiales que necesitamos para realizar el experimento: pelota de plástico, moneda, tabla de contrachapado, bloques de madera pequeños, cinta métrica, cronómetro y calculadora científica.
2. Comenzaremos calculando el coeficiente de rozamiento por rodadura (utilizando la pelota de plástico). Por lo que:
2.1 Colocamos la altura con los bloques de madera y la medimos con la cinta.
h = 9 cm
2.2 Colocamos la tabla de contrachapado encima de los bloques de madera, terminando en la mesa, creando así una rampa. Medimos la rampa.
x = 38'5 cm
2.3 Medimos con la cinta métrica la base.
Base = 36 cm
2.4 Calculamos el tiempo que tarda la pelota de plástico para llegar al final de la rampa
t = 1s
2.5 Teniendo en cuenta que parte del reposo ( Vo = 0 m/s ) y que la posición inicial es 0 ( X=0 m ), calculamos la aceleración, el ángulo entre la rampa y la base, y por último el coeficiente de rozamiento dinámico por rodadura
3. Calcularemos el coeficiente de rozamiento dinámico por deslizamiento (utilizando una moneda de 1 euro). Para ello:
3.1 Colocamos una altura mayor con los pequeños cubos de madera, y la medimos.
h = 12'7 cm
3.2 Colocamos la tabla de contrachapado encima de los bloques de madera, terminando apoyada en la mesa. La longitud de la rampa sigue siendo la misma que en el apartado anterior.
x = 38'5 cm
3.3 Medimos la base de nuevo.
base = 34'7 cm
3.4 Calculamos el tiempo que tarda la moneda en llegar al final de la rampa.
t = 0'7s
3.5 En primer lugar, tenemos en cuenta que la moneda comienza a caer cuando está apoyada, y por lo tanto, ocupando un espacio de la rampa. Por lo que, medimos el diámetro de la moneda de 1 euro y lo restamos a la longitud de la rampa.
diámetro moneda = 2´5 m = 0'025 cm
x = 0'385 - 0'025 = 0'36 m
Además tenemos en cuenta que parte del reposo ( Vo = 0 m/s ) y que la posición inicial es 0 ( X=0 m ).
Calculamos la aceleración, el ángulo entre la rampa y la base, y por último el coeficiente de rozamiento dinámico por deslizamiento.
-Datos y cálculos:
A) Calcular el coeficiente de rozamiento dinámico por rodadura
b) Calcular el coeficiente de rozamiento dinámico por desplazamiento
NOTA IMPORTANTE: Tenemos en cuenta que la moneda comienza a caer cuando está apoyada, y por lo tanto, ocupando un espacio de la rampa. Por lo que, medimos el diámetro de la moneda de 1 euro y lo restamos a la longitud de la rampa.
diámetro moneda = 2´5 m = 0'025 cm
x = 0'385 - 0'025 = 0'36 m
Sin embargo, al calcular el ángulo formado entre la rampa y la base, se opera con la longitud original de la rampa, ya que aunque la moneda comience a deslizarse desde cualquier punto de la rampa, el ángulo entre la rampa y la base será el mismo.
x= 0'385 m
-Conclusión:
El objetivo de esta práctica es calcular el coeficiente de rozamiento de un cuerpo que se desliza por una rampa y de otro que rueda por esta misma.
Hemos hecho empleo de la trigonometria, necesaria para poder hallar la pendiente de la rampa, y las leyes de la dinámica y la cinemática, para medir la velocidad del objeto y poder, después, calcular mediante las fuerzas y su descomposición la incógnita planteada originalmente. Aplicando las fórmulas conocidas y midiendo aquello de carácter cuantitativo logramos obtener dicho coeficiente en los dos casos distintos: por deslizamiento y por rodadura.
Hay determinados factores que no son del todo precisos, puesto que el factor humano es inevitable. Uno de estos sería la medición exacta del tiempo que tarda el cuerpo en deslizarse por la rampa, puesto que hay que parar el cronómetro manualmente, pero como el error es de centésimas lo hemos considerado despreciable. Otro de los factores sería el punto exacto desde el cual el objeto comienza el movimiento, pudiendo variar en unos milímetros.
A lo largo del experimento nos surgieron algunas cuestiones. Una de ellas fue que nos planteamos calcular el rozamiento mediante las energías finales e iniciales del cuerpo. Otra fue qué podría ocurrir si se variara la pendiente.
Por último cabe destacar que hemos observado que el coeficiente varía en ambos casos y podemos concluir con certeza que este es mayor en la moneda (por deslizamiento) que en la pelota (por rodadura). Esto nos indica que la fuerza de rozamiento (coeficiente de rozamiento por la normal) vencida por la pelota es menor que la que ha vencido la moneda. Además, se ha de mencionar que en un inicio la moneda no logró vencer dicho coeficiente pero, al variar la inclinación de la rampa sí lo hizo; esto nos demuestra que el grado de inclinación de una superficie puede alterar su fuerza de rozamiento, que a su vez frenará más o menos el cuerpo en movimiento.
Hemos hecho empleo de la trigonometria, necesaria para poder hallar la pendiente de la rampa, y las leyes de la dinámica y la cinemática, para medir la velocidad del objeto y poder, después, calcular mediante las fuerzas y su descomposición la incógnita planteada originalmente. Aplicando las fórmulas conocidas y midiendo aquello de carácter cuantitativo logramos obtener dicho coeficiente en los dos casos distintos: por deslizamiento y por rodadura.
Hay determinados factores que no son del todo precisos, puesto que el factor humano es inevitable. Uno de estos sería la medición exacta del tiempo que tarda el cuerpo en deslizarse por la rampa, puesto que hay que parar el cronómetro manualmente, pero como el error es de centésimas lo hemos considerado despreciable. Otro de los factores sería el punto exacto desde el cual el objeto comienza el movimiento, pudiendo variar en unos milímetros.
A lo largo del experimento nos surgieron algunas cuestiones. Una de ellas fue que nos planteamos calcular el rozamiento mediante las energías finales e iniciales del cuerpo. Otra fue qué podría ocurrir si se variara la pendiente.
Por último cabe destacar que hemos observado que el coeficiente varía en ambos casos y podemos concluir con certeza que este es mayor en la moneda (por deslizamiento) que en la pelota (por rodadura). Esto nos indica que la fuerza de rozamiento (coeficiente de rozamiento por la normal) vencida por la pelota es menor que la que ha vencido la moneda. Además, se ha de mencionar que en un inicio la moneda no logró vencer dicho coeficiente pero, al variar la inclinación de la rampa sí lo hizo; esto nos demuestra que el grado de inclinación de una superficie puede alterar su fuerza de rozamiento, que a su vez frenará más o menos el cuerpo en movimiento.
