Pràctic: El pes i la força de fregament

• Objectius

• Entendre la idea de pes com a força que fa la Terra (o altre planeta) sobre un objecte, i diferenciar clarament el concepte de massa del concepte de pes.

• Entendre el concepte de Força de fregament.

• Aprendre a utilitzar dinamòmetres amb diferents escales (diferents sensibilitats i mesures màximes).

• Treballar les unitats de força, de camp gravitatori i de massa.

• Continuar treballant la sensibilitat dels instruments de mesura i els errors en les mesures.

• Fonaments 1

• La massa m: És la quantitat de matèria d'un cos. Aquesta matèria pot pesar més o menys segons el camp gravitatori on es trobi, però el valor de la massa no varia. El que vol dir que un mateix cos situat a la Terra i a la Lluna tindran una massa igual.

• El pes P: És una força, en canvi la massa no ho és. El pes és una força (força de la gravetat) que fa el Planeta Terra (i també tots els altres planetes) sobre els objectes que es troben a prop d'ells o sobre la seva superfície. Aquesta força és la que fa que tots els objectes caiguin cap al terra, perqué la força pes és una força d'atracció en direcció al centre de la Terra. Aquesta força sobre l'objecte és:

• Més gran quant mçés gran és la massa m de l'objecte.

• I depèn del planeta a travès del valor del seu camp gravitatori g.

• És a dir, que un mateix cos situat a la Terra i a la Lluna serà atret pels centres dels respectius cossos estelars de forma diferent ja que la Terra té molta més massa que la LLuna i per tant la Terra atreurà a aquest cos amb més molta força; el que implica que aquest cos té més pes a la Terra que a la Lluna.

• La fórmula del pes P és: P = m·g

• El camp gravitatori g: Cada planeta crea el seu propi camp gravitatori, segons la seva massa M i el seu radi R. El camp gravitatori es defineix com la força que fa el planeta sobre una massa d'1 Kg. El planeta Terra crea un camp a la seva superfície de 9,8 N/Kg. Això vol dir que fa una força de 9,8 N sobre cada massa d'un Kg. En canvi la Lluna només fa una força de 1,6 N sobre la mateixa massa 1 Kg. Els estels i sobretot els forats negres (si es confirma la seva existència hipòtesi treballada en part entre d'altres per Stephen W. Hawking a “Historia del Tiempo”) creen camps gravitatoris molt més intensos. El camp gravitatori va disminuint en allunyar-nos del planeta.

• Aleshores, un mateix cos situat a la Terra i a la Lluna tindrà la mateixa quantitat de massa i diferents valors de pes. Això és degut a que el Pes depèn de la massa del cos i del camp gravitatori, el qual és diferent segons el tipus de planeta i la proximitat a aquest.

• Per exemple un home de 90 kg de massa a la Terra té un pes de: P = 90Kg · 9,8N / Kg = 882 N. Mentre que a la Lluna el mateix home de 90 Kg tindria un pes de: P = 90Kg · 1,6 N / Kg = 144 N.

• Fonaments 2

• El dinamòmetre: És un instrument que serveix per mesurar forces. Està graduat en Newtons, N, unitat de força en el S.I. Consta d'un tub de vidre, un molla, i un ganxo. Quanta més força es fa, més s'estira la molla i més Newtons senyala l'indicador sobre l'escala.

• La força de fregament: És una força que es dóna entre un objecte i la superfície sobre la qual es troba. Si l'objecte està en repós i se'l vol posar en moviment, s'ha de fer una força en contra de la força de fregament i com a mínim del mateix valor que aquesta. Una vegada posat en moviment, si no mantenim la força impulsora, la força de fregament frena l'objecte i fa que s'aturi. La força de fricció sempre s'oposa al moviment de l'objecte. La força de fregament depèn del tipus de superfícies en contacte (materials, rugositats...) i de la massa de l'objecte.

• La força de fregament és molt important en la vida quotidiana però en els elements que més la podriem destacar són el fet de caminar i el desplacament de la roda. Els dos elements es fonamenten en el mateix efecte:

• Material

• Peces metàl·liques, dinamòmetres, balança, objectes per mesurar les forces de fregament sobre diferents superficíes.

• Vam utilitzar tres dinamòmetres:

• Procediment

• Primera part: Mesura del camp gravitatori g

• Primer vam mesurar la massa (m) de dues peces metàl·liques amb la balança digital (sensibilitat de ±0,01g); el resultat dues peces de 50,6 g i 180,8 g.

• A continuació mesurem el pes amb l'ajut del dinamòmetre amb el resultat de 0,49 N i 1,8 N.

• Elaborem la taula i calculem el camp gravitatori de la terra.

• Les unitats del SI de (g) són els N / Kg. Si P= m·g g= P / m. La unitat fonamental del Pes és el Newton i de la Massa el Kg, el camp gravitatori s'expressa en N (pes) / Kg (massa) tal i com demostra la fórmula.

• Segona part: Forces de fregament en diferents casos.

• Totes les proves i experiments realizats sobre les forces de fregament venen exibits a la següent taula a on es descriu perfectament la peça utilitzada, sobre quin tipus de superfície i tots els valors resultants d'aquestes proves.

• En la majoria dels casos, com es pot apreciar pel resultat va ser emprat el més petit dels dinamòmetres degut a la seva baixa sensibilitat i més precissió a l'hora de calcular el Pes.

• Les conclusions obteses sobre les forces de fregament són:

• Per poder posar un cos en moviment hem d'aplicar una força superior a la màxima força que la força de fricció pot produir.

• La força de fricció té el sentit contrari que nosaltres apliquem a un objecte.

• La força de fricció basa la seva dependència a:

• El tipus de material de les superfícies tant de l'objecte com la del terra.

• El grau de polidessa de dites superfícies.

• La massa de l'objecte: a més massa, més atracció per part del Planeta contra la superfície i més resistència al desplaçament més força de fricció.

Sentit del Moviment

Força de fricció