Coeficiente de fricción cinética a partir de la aceleración
Haga deslizar el cuerpo por un plano inclinado rugoso a un ángulo conocido; mida la aceleración a a lo largo del plano y obtenga μ_k = tan θ − a/(g cos θ), promediando varios ensayos.
Objetivo
Determinar el coeficiente de fricción cinética μ_k a partir de la segunda ley de Newton a lo largo del plano: a = g(sin θ − μ_k cos θ), es decir, μ_k = tan θ − a/(g cos θ).
Material
- Bloque sobre un plano rugoso
- Indicador de ángulo (deslizador)
- Modelo de acelerómetro
Experimento
Teoría
Al deslizar, la fuerza de fricción cinética es f_k = μ_k N, con N = mg cos θ. La proyección del peso a lo largo del plano es mg sin θ, de modo que ma = mg sin θ − μ_k mg cos θ y a = g(sin θ − μ_k cos θ). Conociendo θ y midiendo a, se obtiene μ_k = tan θ − a/(g cos θ).
Procedimiento
- Lea la teoría: en el modelo está fijado (oculto) μ_k; el ángulo θ lo elige usted.
- Elija un θ lo bastante grande para que el bloque acelere al bajar (por ejemplo, 25–40°).
- Pulse «Medir aceleración (ensayo y registro)»: el bloque recorre un tramo corto; el «sensor» da un valor de a a lo largo del plano, con ruido.
- Cada ensayo agrega una fila (θ, a, μ_k), donde μ_k se calcula con sus lecturas. Repita no menos de 5 veces; entre ensayos puede cambiar θ.
- El resultado es la media de la columna μ_k.
- Compare con el valor de referencia y comente las fuentes de error en la conclusión.
Conclusión
La media de μ_k coincide con el valor de referencia dentro de la tolerancia. Errores dominantes: ruido del acelerómetro, lectura del ángulo, suponer a constante y omitir la resistencia del aire.