Estudio te´orico-experimental de la din´amica del movimiento circular con fricci´on

Authors

  • RAUL CORTES MALDONADO TecNM / Instituto Tecnológico de Apizaco
  • MARY CARMEN GÓMEZ CONDE Universidad Politécnica de Puebla
  • CARLOS BUENO AVENDAÑO Tecnológico Nacional de México/IT de Apizaco
  • JOSÉ FEDERICO CASCO VÁSQUEZ Tecnológico Nacional de México/IT de Apizaco

DOI:

https://doi.org/10.31349/RevMexFisE.18.020204

Keywords:

Rapidez, fuerza normal, fricción, ecuación de Bernoulli

Abstract

En este trabajo se presenta un estudio te´orico-experimental de la din´amica del movimiento de una esfera que se mueve en una trayectoria circular vertical con fricci´on. En el estudio te´orico se resuelve una ecuaci´on diferencial de Bernoulli que permite calcular la rapidez en cualquier posici´on angular y la rapidez m´ınima necesaria para que la esfera complete una vuelta en la trayectoria circular. En el estudio experimental se utilizan fotopuertas para medir la posici´on angular de la esfera como funci´on del tiempo; a partir de esto, se obtienen de manera indirecta la rapidez y fuerza normal en cualquier posici´on angular. Al comparar los resultados te´oricos y experimentales obtenidos de forma indirecta para la rapidez y fuerza normal se observa que el modelo te ´orico describe de forma cualitativa el comportamiento experimental cuando ¹ = 0:12. Finalmente, se analiza el comportamiento te´orico de la rapidez y fuerza normal para distintos valores del coeficiente de fricci´on cin´etica, donde se observa que para ¹ ¸ 0:2 la rapidez y fuerza normal final decaen de manera abrupta.

This work presents a theoretical and experimental study of the dynamics of the motion of a sphere that moves in a vertical circular trajectory with friction. In the theoretical study, a Bernoulli differential equation is solved to calculate the velocity at any angular position and the minimum velocity necessary for the sphere to complete one turn in the circular track. In the experimental study, photogates are used to measure the angular position of the sphere as a function of time, from which the velocity and normal force are indirectly obtained in any angular position. When comparing the theoretical and experimental results obtained indirectly for the velocity and the normal force, it is observed that the theoretical model qualitatively describes the experimental behavior when ¹ = 0:12. Finally, the theoretical behavior of the speed and normal force is analyzed for different values of the coefficient of friction kinetic, where it is observed that for ¹ ¸ 0:2 the final normal speed and force decline abruptly.

Author Biographies

RAUL CORTES MALDONADO, TecNM / Instituto Tecnológico de Apizaco

Docente del Departamento de Eléctrica-Electrónica

MARY CARMEN GÓMEZ CONDE, Universidad Politécnica de Puebla

Estudiante de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias

CARLOS BUENO AVENDAÑO, Tecnológico Nacional de México/IT de Apizaco

Docente del Departamento de Eléctrica-Electrónica

JOSÉ FEDERICO CASCO VÁSQUEZ, Tecnológico Nacional de México/IT de Apizaco

Docente del Departamento de Eléctrica-Electrónica

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Published

2021-07-02