ATTRITO: TIPI, COEFFICIENTE, CALCOLO, ESERCIZI - FISICO - 2024

L' attrito è la resistenza al movimento di una superficie in contatto con un'altra. È un fenomeno superficiale che si verifica tra materiali solidi, liquidi e gassosi. La forza di resistenza tangente a due superfici in contatto, che si oppone alla direzione dello spostamento relativo tra dette superfici, è anche chiamata forza di attrito o forza di attrito F _r .

Per spostare un corpo solido su una superficie, è necessario applicare una forza esterna in grado di superare l'attrito. Quando il corpo si muove, la forza di attrito agisce sul corpo, rallentandolo e può persino fermarlo.

Attrito

La forza di attrito può essere rappresentata graficamente dal diagramma di forza di un corpo a contatto con una superficie. In questo diagramma viene disegnata la forza di attrito F _{r in} opposizione alla componente della forza applicata sul corpo tangenziale alla superficie.

La superficie di contatto esercita una forza di reazione sul corpo chiamata forza normale N. In alcuni casi, la forza normale è dovuta solo al peso P del corpo che poggia sulla superficie e in altri casi è dovuta a forze applicate diverse dalla forza di gravità.

L'attrito si verifica perché ci sono rugosità microscopiche tra le superfici a contatto. Quando si cerca di spostare una superficie sull'altra, si verifica l'attrito tra le rugosità che impediscono il libero movimento all'interfaccia. A loro volta, le perdite di energia si verificano sotto forma di calore che non viene utilizzato per muovere il corpo.

Tipi di attrito

Esistono due tipi principali di attrito: attrito di Coulomb o attrito a secco e attrito fluido.

-Coulomb attrito

L'attrito di Coulomb si oppone sempre al moto dei corpi ed è suddiviso in due tipi di attrito: attrito statico e attrito cinetico (o dinamico).

Nell'attrito statico non c'è movimento del corpo sulla superficie. La forza applicata è molto bassa e non sufficiente per vincere la forza di attrito. L'attrito ha un valore massimo che è proporzionale alla forza normale ed è chiamato forza di attrito statico F _re .

La forza di attrito statico è definita come la forza massima che resiste all'inizio del movimento del corpo. Quando la forza applicata supera la forza di attrito statico, rimane al suo valore massimo.

L'attrito cinetico agisce quando il corpo è già in movimento. La forza richiesta per mantenere il corpo in movimento con attrito è chiamata forza di attrito cinetica F _rc .

La forza di attrito cinetico è minore o uguale alla forza di attrito statico perché una volta che il corpo inizia a muoversi, è più facile continuare a muoversi piuttosto che provare a farlo a riposo.

Leggi di Coulomb dell'attrito

1. La forza di attrito è direttamente proporzionale alla forza normale alla superficie di contatto. La costante di proporzionalità è il coefficiente di attrito μ che esiste tra le superfici a contatto.
2. La forza di attrito è indipendente dalle dimensioni dell'area di contatto apparente tra le superfici.
3. La forza di attrito cinetico è indipendente dalla velocità di scorrimento del corpo.

-Attrito fluido

L'attrito si verifica anche quando i corpi si muovono a contatto con materiali liquidi o gassosi. Questo tipo di attrito è chiamato attrito fluido ed è definito come la resistenza al movimento dei corpi a contatto con un fluido.

L'attrito del fluido si riferisce anche alla resistenza di un fluido al flusso a contatto con strati di fluido dello stesso materiale o di un materiale diverso e dipende dalla velocità e dalla viscosità del fluido. La viscosità è la misura della resistenza al movimento di un fluido.

-Ferma l'attrito

L'attrito di Stokes è un tipo di attrito fluido in cui le particelle sferiche immerse in un fluido viscoso, in flusso laminare, subiscono una forza di attrito che rallenta il loro movimento a causa delle fluttuazioni nelle molecole del fluido.

Alimenta l'attrito

Il flusso è laminare quando le forze viscose, che si oppongono al movimento del fluido, sono maggiori delle forze inerziali e il fluido si muove con velocità sufficientemente ridotta e in un percorso rettilineo.

Coefficienti di attrito

Secondo la prima legge di attrito di Coulomb, il coefficiente di attrito μ è ottenuto dalla relazione tra la forza di attrito e la forza normale alla superficie di contatto.

Il coefficiente μ è una quantità adimensionale, in quanto è una relazione tra due forze, che dipende dalla natura e dal trattamento dei materiali a contatto. Generalmente il valore del coefficiente di attrito è compreso tra 0 e 1.

Coefficiente di attrito statico

Il coefficiente di attrito statico è la costante di proporzionalità che esiste tra la forza che impedisce il movimento di un corpo in stato di quiete su una superficie di contatto e la forza normale alla superficie.

Coefficiente di attrito cinetico

Il coefficiente di attrito cinetico è la costante di proporzionalità che esiste tra la forza che limita il movimento di un corpo che si muove su una superficie e la forza normale alla superficie.

Il coefficiente di attrito statico è maggiore del coefficiente di attrito cinetico.

Coefficiente di attrito elastico

Il coefficiente di attrito elastico è derivato dall'attrito tra le superfici di contatto di materiali elastici, morbidi o ruvidi che vengono deformati dalle forze applicate. L'attrito si oppone al movimento relativo tra due superfici elastiche e lo spostamento è accompagnato da una deformazione elastica degli strati superficiali del materiale.

Il coefficiente di attrito ottenuto in queste condizioni dipende dal grado di rugosità superficiale, dalle proprietà fisiche dei materiali a contatto e dall'entità della componente tangenziale della forza di taglio all'interfaccia dei materiali.

Coefficiente di attrito molecolare

Il coefficiente molecolare di attrito è ottenuto dalla forza che limita il movimento di una particella che scorre su una superficie liscia o attraverso un fluido.

Come viene calcolato l'attrito?

La forza di attrito sulle interfacce solide viene calcolata utilizzando l'equazione F _r = μN

Sostituendo l'equazione del peso nell'equazione della forza di attrito si ottiene:

Caratteristiche del normale

Quando un oggetto è fermo su una superficie piana, la forza normale è quella esercitata dalla superficie sul corpo, e si oppone alla forza di gravità, secondo la legge di azione e reazione di Newton.

La forza normale agisce sempre perpendicolare alla superficie. Su una superficie inclinata, la normale diminuisce all'aumentare dell'angolo di inclinazione e punta in direzione perpendicolare lontano dalla superficie, mentre il peso punta verticalmente verso il basso. L'equazione della forza normale su una superficie inclinata è:

θ = angolo di inclinazione della superficie di contatto.

Attrito piano inclinato

La componente della forza che agisce sul corpo per farlo scorrere è:

All'aumentare della forza applicata si avvicina al valore massimo della forza di attrito, questo valore è quello corrispondente alla forza di attrito statico. Quando F = F _re , la forza di attrito statico è:

E il coefficiente di attrito statico si ottiene dalla tangente dell'angolo di inclinazione θ.

Esercizi risolti

-Forza di attrito di un oggetto appoggiato su una superficie orizzontale

Un box da 15Kg posto su una superficie orizzontale viene spinto da una persona che applica una forza di 50 Newton lungo una superficie per farlo muovere e poi applica una forza di 25 N per mantenere il box in movimento a velocità costante. Determina i coefficienti di attrito statico e cinetico.

Box in movimento su superficie orizzontale

Soluzione: Con il valore della forza applicata per spostare la scatola, _{si ottiene} il coefficiente di attrito statico μ _e .

La forza normale N alla superficie è uguale al peso della scatola, quindi N = mg

In questo caso, μ _e = 50New / 147New

La forza applicata per mantenere costante la velocità della scatola è la forza di attrito cinetico che è pari a 25New.

Il coefficiente di attrito cinetico si ottiene con l'equazione μ _c = F _rc / N

-Forza di attrito di un oggetto sotto l'azione di una forza con un angolo di inclinazione

Un uomo applica una forza ad una scatola da 20Kg, con un angolo di applicazione di 30 ° rispetto alla superficie su cui poggia. Qual è l'entità della forza applicata per spostare la scatola se il coefficiente di attrito tra la scatola e la superficie è 0,5?

Soluzione: il diagramma a corpo libero rappresenta la forza applicata e le sue componenti verticali e orizzontali.

Diagramma di corpo libero

La forza applicata forma un angolo di 30 ° con la superficie orizzontale. La componente verticale della forza si aggiunge alla forza normale che influenza la forza di attrito statico. La scatola si muove quando la componente orizzontale della forza applicata supera il valore massimo della forza di attrito F _re . Equilibrando la componente orizzontale della forza con quella dell'attrito statico si ottiene:

forza normale

La forza normale non è più il peso del corpo a causa della componente verticale della forza.

Secondo la seconda legge di Newton, la somma delle forze agenti sulla scatola sull'asse verticale è zero, quindi la componente verticale dell'accelerazione è a _y = 0. La forza normale si ottiene dalla somma

Sostituendo l'equazione nell'equazione, si ottiene quanto segue:

-Frizione in un veicolo in movimento

Un veicolo da 1,5 tonnellate viaggia su una strada diritta e orizzontale ad una velocità di 70 km / h. Il conducente vede ostacoli sulla strada a una certa distanza che lo costringono a frenare bruscamente. Dopo la frenata, il veicolo sbanda per un breve periodo finché non si ferma. Se il coefficiente di attrito tra i pneumatici e la strada è 0,7; determinare quanto segue:

1. Qual è il valore dell'attrito mentre il veicolo slitta?
2. Decelerazione del veicolo
3. La distanza percorsa dal veicolo da quando frena a quando si ferma.

La forza di attrito del veicolo quando slitta è:

= 10290 Nuovo

Sezione b

La forza di attrito influenza il rallentamento del veicolo quando sbanda.

Applicando la seconda legge di Newton il valore della decelerazione si ottiene risolvendo per l'equazione F = ma

Sezione c

La velocità iniziale del veicolo è v ₀ = 70Km / h = 19,44m / s

Quando il veicolo si ferma, la sua velocità finale è v _f = 0 e la decelerazione è a = - 6,86 m / s ²

La distanza percorsa dal veicolo, da quando frena a quando si ferma, si ottiene risolvendo per d dalla seguente equazione:

Il veicolo percorre 27,54 m di distanza prima di fermarsi.

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