Cómo calcular el coeficiente de fricción

La fricción se produce de dos formas: cinética y estática. La fricción cinética actúa sobre un objeto que se desliza sobre una superficie, mientras que la fricción estática ocurre cuando la fricción impide que el objeto se mueva. Un modelo simple pero efectivo de fricción es que la fuerza de fricción, f, es igual al producto de la fuerza normal, N, y un número llamado coeficiente de fricción, μ. El coeficiente es diferente para cada par de materiales que entran en contacto, incluido un material que interactúa consigo mismo. La fuerza normal es la fuerza perpendicular a la interfaz entre dos superficies deslizantes; en otras palabras, la fuerza con la que se empujan entre sí.

TL; DR (demasiado largo; no se leyó)

La fórmula para calcular el coeficiente de fricción es μ = f ÷ N. La fuerza de fricción, f, siempre actúa en la dirección opuesta al movimiento previsto o real, pero solo en paralelo a la superficie.

Medir el tiempo de movimiento

Para medir la fuerza de fricción, realice un experimento en el que un bloque, tirado por una cuerda que pasa por una polea y está sujeto a una masa colgante, se desliza por una pista. Inicie el bloque lo más lejos posible de la polea, suelte el bloque y registre el tiempo, t, que se tarda en moverse una distancia, L, a lo largo de la pista. Cuando la masa colgante es pequeña, es posible que deba empujar el bloque muy ligeramente para que se mueva. Repite esta medida con diferentes masas colgantes.

Calcular la fuerza de fricción

Calcula la fuerza de fricción. Para comenzar, primero calcule Fnet, la fuerza neta sobre el bloque. La ecuación es

F_ {net} = frac {2ML} {t ^ 2}

donde M es la masa del bloque en gramos.

La fuerza aplicada sobre el bloque, Fapplied, es el tirón de la cuerda causado por el peso de la masa colgante, m. Calcule la fuerza aplicada, Fapplied = mg, donde g = 9,81 metros por segundo al cuadrado, la constante de aceleración gravitacional.

Calcule N, la fuerza normal es el peso del bloque.

N = Mg

Ahora, calcule la fuerza de fricción, f, la diferencia entre la fuerza aplicada y la fuerza neta. La ecuación es:

f = F_ {aplicado} -F_ {net}

Grafica la fuerza de fricción

Grafique la fuerza de fricción, f, en el eje y contra la fuerza normal, N, en el eje x. La pendiente le dará el coeficiente de fricción cinética.

Registro de datos de rampa

Coloque el objeto en la pista en un extremo y levante lentamente ese extremo para hacer una rampa. Registre el ángulo, θ, en el que el bloque comienza a deslizarse. En este ángulo, la fuerza de gravedad efectiva que actúa por la rampa es apenas mayor que la fuerza de fricción que impide que el bloque comience a deslizarse. Al incorporar la física de la fricción con la geometría del plano inclinado, se obtiene una fórmula simple para el coeficiente de fricción estática: μ = tan (θ), donde μ es el coeficiente de fricción y θ es el ángulo.