E5: Fricció en moviment

EXPERIMENT 5: Fricció en moviment

La fricció té molt mala premsa: sempre pensem en ella com la força que impedeix el moviment. És la força que fa que necessitem benzina per mantenir un cotxe en moviment a velocitat constant. La força contra la qual hem de lluitar per tal de moure una moble d'una banda a una altra... Però de fet això només és mitja part de la història!!! La força de fricció fa que ens puguem moure en el nostre dia a dia... i si no mireu quines dificultats té aquest repartidor per caminar sobre un terra completament gelat! De la mateixa forma, quan un pneumàtic rellisca sobre el terra, perdem el control sobre el moviment del cotxe: això és degut al fet que la fricció entre terra i pneumàtic no és suficient. En aquest vídeo ens expliquen alguns exemples de la fricció en la vida diària... 

En l'activitat que us proposem mesurarem quin és l'efecte de la fricció en el moviment d'un objecte, com per exemple un llibre que llisca sobre una superfície... Si sou de 4t d'ESO o BTX, comprovarem que, efectivament, les equacions que ens han explicat a classe pel Moviment Rectilini Uniformement Accelerat descriuen un moviment real. I si encara voleu més, us proposem, a partir de l'experiment, calcular el coeficient de fregament... tant el dinàmic com l'estàtic! D'això se'n diu "esprémer les dades d'un experiment fins a la darrera gota". És el que fem els científics en els nostres experiments!!

1.- Ens preparem

Per fer l'experiment que us proposem necessitarem descarregar i utilitzar l'app "VidAnalysis free" disponible al play store. Si no sabeu com s'utilitza no us preocupeu! Us hem preparat unes instruccions per aprendre a utilitzar-la. Al final d'aquest document podreu trobar també enllaços als vídeos que fan l'explicació de com funciona l'app (en anglès i català). Per a la segona part us podeu descarregar un inclinòmetre que mesura la inclinació del mòbil respecte al terra... però també podeu utilitzar un semicercle graduat si voleu!

Per tal de fer l'experiment necessitarem un llibre i una superfície que pugueu moure... si només feu el primer experiment, però, no us cal que la superfície sigui mòbil. Nosaltres hem utilitzat una fusta de cuina per tallar...

Marcarem dos punts a una distància determinada (nosaltres hem escollit 30cm) per tal de tenir una longitud de referència. Per marcar els punts nosaltres hem utilitzat escuradents i plastilina... però podeu utilitzar qualsevol altra cosa! Fixeu-vos que aquests puts estan marcats davant del llibre i no darrere (a la paret). Això ho fem per tal de minimitzar els efectes de perspectiva... i ara ja estem a punt per fer l'experiment! 

Important: abans de començar a fer el vídeo decidiu des de quin lloc el filmareu. Comproveu llavors si des d'aquest punt es veuen les dues marques!

2.- Experimentem!

L'experiment és molt senzill: hem de donar un cop al llibre per tal que es posi en moviment, i es pari aproximadament a la segona marca. Els punts inicials i finals exactes del moviment no són importants... sempre que apareguin al vídeo. El problema el tindreu per donar el cop per tal que el llibre surti en una direcció paral·lela a les dues marques... nosaltres vam fer quinze intents abans de quedar-nos amb aquesta filmació:

Un cop tenim gravat el nostre vídeo ja podem extreure la posició del llibre en funció del temps seguint les instruccions de l'app "VidAnalysis free".

3.- Analitzem!

Un cop acabat l'experiment podeu fer una anàlisi que pot anar menys o més enllà segons el punt del temari de física en què us trobeu. Tot el que us proposem es pot fer des de l'app VidAnalysis free (excepte els càlculs, és clar!).

• El primer que us proposem és mirar la gràfica de la velocitat en funció del temps. Hauríeu de veure que els punts estan formant una línia més o menys recta... Podeu d'aquesta línia de punts trobar quina era la velocitat inicial del llibre i quina és la seva acceleració? _(Ajuda!!)

• Un cop heu obtingut la velocitat inicial i l'acceleració, podeu generar la gràfica de la posició en funció del temps x(t)... La gràfica que heu obtingut és semblant (o fins i tot igual!) a la que heu obtingut a l'experiment?? 

• Podeu calcular el coeficient de fregament dinàmic a partir de l'experiment? (Utilitzeu la segona llei de Newton!)

I ara la pregunta és la següent: podeu calcular el coeficient de fregament estàtic a partir d'aquest experiment?

4.- Compartim!

Tot i que les superfícies i objectes amb què hem fet l'experiment són diferents en cada cas, no canviaran gaire en cada experiment (excepte si heu utilitzat materials com la goma, o heu fet l'experiment en una superfície gelada). Aquí podeu compartir amb nosaltres els resultats del vostre experiment. Nosaltres compartim en aquest document l'anàlisi que hem fet de les dades obtingudes:

Ens pots deixar els teus comentaris sobre aquesta iniciativa aquí.  

Ajuda:

Per determinar la velocitat inicial només cal que dibuixeu una línia recta que passi més o menys per tots els punts, i mireu en quin punt talla en l'eix vertical, el de velocitats. Per obtenir l'acceleració ho podeu fer a partir de la seva definició a=ΔV/Δt de dues formes:

• A partir de dues velocitats v₁ i v₂ (el més separades possibles) i apuntant per a quins temps t₁ i t₂ es produeixen. Fent la divisió dels increments de velocitat i temps podem obtenir l'acceleració: a=(v₂-v₁)/(t₂-t₁). Fixeu-vos que l'acceleració us ha de sortir negativa!
• També ho podem fer a partir de la recta que heu fet passar per tots els punts: el seu pendent serà l'acceleració!