Experimento: fuerzas de roce

Autor: S. Gil y E. Rodríguez.
Fuente: Física re-creativa.

Para cursos “un poquito” avanzados. El objetivo de este experimento es estudiar las fuerzas de roce estática y dinámica entre un cuerpo y una superficie seca. Determinación de los coeficientes de rozamiento.
Se propone estudiar el movimiento de un sistema similar al ilustrado en la figura, usando un fotointerruptor conectado a la polea. La masa M1 consiste de una caja o plataforma que puede ser cargada y descargada fácilmente agregando pesas. Las mismas deben permanecer fijas respecto a la plataforma de M1 durante el movimiento del mismo.
Hay que asegurarse que la polea usada sea suficientemente fuerte para soportar el peso asociado a M2 hasta que el sistema comienza a moverse. Para este experimento se debe nivelar el sistema de modo que el ángulo Q entre el horizonte y el plano de deslizamiento donde se mueve M1 sea Q = 0o.
Para comenzar el experimento, se debe determinar la aceleración del sistema a lo largo de toda la trayectoria horizontal. En particular, construir un gráfico de la velocidad del sistema en función del tiempo y otro de la aceleración en función de la velocidad.
¿Depende la fuerza de roce de la velocidad?
Elegir las masas de modo tal que el movimiento sea detectado fácilmente con el fotointerruptor. Para ello el movimiento no debe de ser demasiado lento. Además, será mejor partir de un valor de M1 que sea al menos el doble que la masa del carrito sin carga.
Determinar la aceleración del sistema, a, para por lo menos cuatro valores de M1, con el mismo valor de M2. Representar a.(M1+M2) en función de M2. Analizar y justificar esta representación, y discutir los resultados obtenidos. Suponiendo que la fuerza de roce es horizontal y proporcional al valor de la fuerza normal al plano, N, o sea si Fr= md.N, discutir la validez de esta expresión para dar cuenta de sus resultados. De ser así, determinar el valor del coeficiente de roce cinético md para el sistema.
Repetir el estudio realizado hasta aquí con otra plataforma o caja (M1) del mismo material, pero de modo que el área de contacto con la plataforma horizontal sea menos que la mitad de la utilizada anteriormente.
¿Se observa una variación significativa del valor de md con el área en contacto?
Un modo de determinar el coeficiente de roce estático ms entre un cuerpo y otra superficie es determinar el ángulo entre el plano de deslizamiento y la horizontal para el cual el cuerpo comienza a moverse. En este caso no es necesario usar la masa M2. Para las plataformas utilizadas y con al menos tres estados de carga diferentes, determinar el ángulo, Qc, para el cual comienza a moverse M1.
Demostrar que para esta situación vale ms=tan (Qc). Estimar los errores en ms. Comparar los valores ms y md.

Contiene cálculos y fórmulas demostrativas.

Para descargar este experimento hacer clic aquí: http://www.mediafire.com/?xqnfr49v2cfq20t