Fuerzas en el plano inclindado

Cuando sobre un cuerpo se encuentra en un plano inclinado su peso para ser compensado requiere la acción de dos fuerzas:

• Una fuerza F1 paralela al plano que es la que debemos ejercer para evitar que el cuerpo deslice plano abajo. Esta fuerza podemos medirla colocando el carrito pendiendo de un dinamómetro colocado paralelamente al plano.
  
• Otra fuerza F2 perpendicular al plano y ejercida por el plano para mantener el carrito sobre su superficie. Podemos determinarla tirando del carro perpendicularmente al plano con un dinamómetro, su lectura en el momento en que el carrito comience a despegarse del plano es el valor de la fuerza que buscamos.

Como se observa en las figura la composición de ambas fuerzas es una fuerza igual y opuesta al peso del carrito que previamente hemos medido colgándolo verticalmente de un dinamómetro vertical.

Ft = P = m g = 0,97 N

Las fuerzas F1 y F2 son perpendicularles por lo que su resultante puede hallarse aplicando el Teorema de Pitágoras, por lo que debe cumplirse:

De manera inversa podemos calcular ambas componentes a partir del valor de Ft si conocemos al ángulo A de inclinación del plano:

F1 = Ft · sen A
F2 = Ft · cos A

Experiencia 1

Al medir las fuerzas se obtuvieron los valores representados en la figura. También se midió el ángulo de inclinación del plano, determinando su altura (65,3 cm) y su longitud (90 cm) se puede determinar su ángulo de inclinación que resultó ser de 46,5º

Aplicando el teorema de Pitágoras a los valores experimentales obtenemos el valor de Ft siguiente:

Ft = 0,96 N

Este valor difiere tan solo un 1% del valor obtenido al pesar el carrito (0,97 N).

También podemos comprobar las relaciones trigonmétricas entre Ft, F1 y F2

F1 = Ft · sen A = 0,97 N · sen 46,5 = 0,70 N
F2 = Ft · cos A = 0,97 N· cos 46,5 = 0,67 N

Los valores se ajustan al los experimentales (0,67 N y 0,68 N) dentro de un margen de error razonable.

Experiencia 2

Variamos la inclinación del plano y repetimos la experiencia:

Componentes de la fuerza:

F1 = 0,48 N
F2 = 0,80 N

La aplicación del Teorema de Pitágoras nos da:

Ft = 0,93 N valor muy aproximado a 0,97 N

Inclinación del plano:

Altura del plano = 44,5 cm
Longitud = 90 cm
sen A = 44,5 / 90 = 0,494
A = 29,6º

Comprobamos el valor de las componentes:

F1 = Ft · sen A = 0,97 N · sen 29,6 = 0,48 N
F2 = Ft · cos A = 0,97 N· cos 46,5 = 0,84 N

Los valores de son bastante aproximados a los obtenidos al medir: 0,48 N y 0,80 N.

Inercia

Primera ley de Newton (Ley de Inercia):

"Cuando sobre un cuerpo no actúan fuerzas se mantiene indefinidamente en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme"

A la tendencia de los cuerpos a mantenerse su estado de reposo o de movimiento se le llama inercia.

En los vídeos, tenemos dos ejemplos de inercia:

• Inercia del reposo: la pieza de metal tiende a mantenerse en reposo.
• Inercia del movimiento: el carrito se para bruscamente y el cilindro de metal continúa su movimiento por inercia.
  

Segunda ley de Newton. Simulación

Software de Walter Fendt que simula una experiencia sobre la segunda ley de Newton

Dinámica. Leyes de Newton

Página de Luis Ignacio García, premiada por el Ministerio de Educación en la que se tratan de forma interactiva las leyes de Newton.

Péndulos simulados

En esta simulación puedes realizar de forma virtual la experiencia del péndulo simple. En ella además de variar la longitud del péndulo, puedes reproducir las condiciones de gravedad de la Tierra u otros planetas del Sistema Solar.

Simulación del péndulo (Angel Franco García)

La segunda simulación es similar a la primera aunque algo mas completa, nos permite variar la masa y la amplitud del movimiento.

Pendulum lab (Colorado University)

Midiendo el coeficiente de rozamiento.

Cuando intentamos deslizar un cuerpo por una superficie plana aparece una fuerza debido a la rugosidad de las superficies conocida como fuerza de rozamiento. Esta fuerza de rozamiento iguala a la fuerza que intenta mover el cuerpo hasta un valor máximo, que depende de la naturaleza de las superficies y de la fuerza N que ejerce la superficie sobre el cuerpo.
El valor de la fuerza de rozamiento máxima es:

F roz max = coeficente de rozamiento · N.

Para medir la fuerza de rozamiento entre la mesa y un taco de madera basta con tirar del taco de madera en reposo usando un dinamómetro horizontal, la lectura del dinamómetro cuando empiece a moverse el taco es el valor máximo de la fuerza de rozamiento.

En esta experiencia hemos medido la fuerza de rozamiento máxima entre el taco de madera y la mesa, variando la masa del taco añadiéndole diferentes pesas. Se ha medido además el peso del taco en cada caso. Se trata de comprobar como, en todos los casos el coeficiente de rozamiento es el mismo.

RESULTADOS

Lo que el rozamiento ha unido...

Como hemos visto en ocasiones anteriores para hacer experimentos espectaculares de Física no es necesario materiales sofisticados de laboratorio. Las cosas mas comunes que podemos encontrar por casa nos permiten realizar sencillas y espectaculares experiencias.

¿Quién no tiene por casa un par de guías telefónicas viejas? La experiencia es muy tonta pero el resultado es muy llamativo. Basta con colocar las páginas de ambos listines de forma alternada colocando cada página de una de ellas entre dos páginas de la otra. Después de hacer esta chorrada viene lo interesante. Al levantar una de las guías sujetándola por el lomo la otra se mantiene. Puedes aprovechar para apostarte un café con alguien retándole a separar las dos guías tirando de los dos lomos y sin romperlas. Tranquilo te aseguro que no lo conseguirá, no está la cosa para invitar a café mas de lo necesario.

Para explicar esto debemos recurrir al rozamiento. Cuando intentamos deslizar un cuerpo sobre otro aparece una fuerza entre ambos que se opone al posible movimiento, esta fuerza se conoce como fuerza de rozamiento. En el experimento que nos ocupa la fuerza de rozamiento es muy grande por dos razones: la rugosidad del papel de las páginas y la gran superficie de contacto entre ambas. Debemos tener en cuenta que aunque cada página no sea muy grande (del orden de 1 decímetro cuadrado) cada guía tiene mas de 300 hojas lo que nos da una superficie de unos 3 metros cuadrados. Por esta razón la fuerza de rozamiento es tan grande que ni dos personas tirando cada una de un guía conseguirían separarlas.

Este experimento se ha convertido en un clásico en internet. En estos vídeos de Discovery Channel podéis ver los enormes esfuerzos que hacen para separar dos guías telefónicas entrelazadas de esta forma. Finalmente utilizan dos personas tirando con una cuerda de las guías, lo intentan con dos coches,... ni usando artillería pesada lo consiguen. Las rompen pero no las separan.