Criterios: 1.2, 2.3, 4.1, 4.2
Objetivo
Medir los coeficientes de rozamiento estático y dinámico entre dos superficies de madera por dos métodos distintos, comprobar si el ángulo al que un cuerpo empieza a deslizar depende de su masa y relacionar el resultado con la frenada de un vehículo.
Planteamiento
Antes de medir, cada grupo escribe y justifica dos predicciones:
- Si se pone una masa encima del taco, ¿empezará a deslizar con más inclinación, con menos o con la misma?
- Al arrastrar el taco con un dinamómetro, ¿la lectura será la misma justo antes de que arranque que cuando ya se mueve?
Normas de seguridad específicas
- La tabla se levanta poco a poco y nunca por encima de unos 45°, sujeta por una persona o apoyada en un soporte estable. Al pie de la tabla debe haber un tope (un libro) que recoja el taco: no se deja caer al suelo ni sobre los pies.
- Las masas se sujetan bien al taco (con cinta o en un hueco); una masa suelta puede salir despedida al deslizar.
- No se cuelga del dinamómetro ni se tira de él con más fuerza que el máximo de su escala: el muelle se deforma de forma permanente y puede soltarse de golpe.
- Se trabaja en la mesa, lejos del borde, con el cordel corto, sin tirones y sin apuntar el dinamómetro hacia otra persona.
Procedimiento
Parte A. Ángulo crítico (sesión 1)
- Comprobad con la balanza la masa del taco y de las masas adicionales. Limpiad con un paño seco la tabla y la cara del taco que va a deslizar.
- Colocad la tabla horizontal sobre la mesa y el taco cerca de su extremo superior. Levantad ese extremo muy despacio hasta que el taco empiece a deslizar.
- Sin mover la tabla, medid la altura h del extremo levantado respecto de la mesa. Anotadla.
- Repetid cinco veces, colocando el taco siempre en el mismo sitio y con la misma cara.
- Repetid la serie con 100 g y con 200 g sujetos encima del taco.
Parte B. Arrastre sobre la mesa (sesión 2)
- Usad el dinamómetro de 5 N y ajustad su cero en horizontal. Atad el taco al dinamómetro con un cordel corto, paralelo a la mesa.
- Tirad muy despacio y anotad la lectura máxima justo antes de que el taco empiece a moverse (pico estático).
- Una vez en marcha, mantened una velocidad constante y lenta y anotad la lectura media (rozamiento dinámico).
- Repetid los pasos 7 y 8 con masas totales de 200, 300, 400 y 500 g sobre la mesa.
- Representad la fuerza de rozamiento dinámico frente a la normal (N = m g) y calculad la pendiente.
Tabla de datos
| Carga sobre el taco | h₁ (m) | h₂ (m) | h₃ (m) | h₄ (m) | h₅ (m) | h media (m) | θ (°) | μ_e = tg θ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Taco solo | ||||||||
| Taco + 100 g | ||||||||
| Taco + 200 g |
| Masa total (kg) | Normal N = m g (N) | Pico estático (N) | Rozamiento dinámico (N) | μ_d = F/N |
|---|---|---|---|---|
| 0,200 | ||||
| 0,300 | ||||
| 0,400 | ||||
| 0,500 |
Tratamiento de datos y cuestiones
- Con L = 1,000 m, calculad sen θ = h/L, el ángulo θ y μ_e = tg θ para cada serie. Expresad μ_e con su incertidumbre a partir de la dispersión de h.
- ¿Depende el ángulo crítico de la masa? Justificadlo con la ecuación del plano inclinado y comparadlo con vuestra predicción.
- Obtened μ_d como pendiente de la gráfica F frente a N. ¿Pasa la recta por el origen? Calculad μ_e con el pico estático y comparadlo con el de la parte A.
- ¿Qué error se comete si el cordel no está horizontal? ¿Y si se tira a tirones? Citad otras dos fuentes de error.
- ¿A qué ángulo empezaría a deslizar una caja de madera sobre una rampa de madera? ¿Con qué aceleración bajaría por una rampa de 30°? Relacionad el coeficiente de rozamiento con la deceleración máxima de un coche y con la distancia de frenado en seco y en mojado.
- ¿Con cuántas cifras significativas tiene sentido dar los coeficientes? ¿Son constantes universales de la madera? Comparad los resultados con las predicciones y redactad el informe con la estructura de la unidad 1.
Alternativa virtual
Si no hay material, se puede usar la simulación en español Fuerzas y Movimiento: Intro de PhET (Universidad de Colorado). En su pantalla de rozamiento se aplica una fuerza creciente a un objeto hasta que arranca y se observa que el rozamiento estático se ajusta a la fuerza aplicada hasta un máximo y después baja al valor dinámico; repitiendo con objetos de distinta masa se puede construir la tabla de la parte B. Para el plano inclinado existe Rampa: Fuerzas y movimiento, una versión más antigua que se ejecuta en el navegador.
Rúbrica
| Criterio | Insuficiente (1) | Suficiente (2) | Notable (3) | Excelente (4) |
|---|---|---|---|---|
| Trabajo experimental y seguridad (1.2) | Levanta la tabla de golpe, deja caer el taco o sobrecarga el dinamómetro | Completa las medidas con recordatorios | Sube la tabla despacio, ajusta el cero, tira en horizontal y repite las medidas sin recordatorios | Además, controla las variables (misma cara, misma posición, superficies limpias) y lo justifica |
| Explicación de los fenómenos (2.3) | No relaciona el deslizamiento con las fuerzas | Describe las observaciones sin justificarlas con fuerzas | Explica con la descomposición del peso por qué la masa no influye y por qué μ_e > μ_d | Además, relaciona el coeficiente con la frenada de un vehículo en seco y en mojado |
| Cálculo y unidades (4.1) | Errores de trigonometría o de unidades que invalidan los coeficientes | Calcula los coeficientes con algún error menor | Calcula μ_e y μ_d con las cifras significativas adecuadas y obtiene μ_d como pendiente | Además, estima la incertidumbre de μ_e a partir de la dispersión |
| Análisis crítico (4.2) | Acepta los resultados sin discutirlos | Cita una fuente de error genérica | Identifica las fuentes de error principales y su efecto sobre el resultado | Además, compara los dos métodos para μ_e y discute los límites del modelo F_r = μ N |