Attrito Definiamo la forza d`attrito

Attrito
Definiamo la forza d’attrito (nota come attrito) quella forza sempre esistente e sempre opposta al moto che si manifesta
ogni qualvolta due materiali sono a contatto tra loro.
La resistenza al moto interessa tutti i tipi di mezzi (solidi, liquidi, gassosi). Il termine “forza d’attrito” si riferisce all’attrito che
si sviluppa tra due corpi solidi.
Si possono avere diversi casi: un solido che si muove in un liquido o un solido che si muove in un gas e in questi due casi si
parla di resistenza del mezzo.
Esistono situazioni in cui si accresce volutamente l’attrito per favorire il moto. Può sembrare in contraddizione con il fatto che
l’attrito è sempre opposto al moto, ma si pensi all’esempio della sabbia su una strada ghiacciata. Per evitare di scivolare si
aumenta l’attrito. Analizzando l’azione del camminare, in assenza di attrito il piede scivolerebbe all’indietro. La forza d’attrito
(che si indica con Fa) è indicata come un vettore che ha la stessa direzione del moto. Questo non è una contraddizione! La
forza d’attrito infatti impedisce al piede d’appoggio di scivolare all’indietro quando l’altro viene sollevato.
Esistono situazioni in cui si cerca di ridurre l’attrito. Per esempio, una macchina non potrebbe funzionare se le sue parti non
fossero state lubrificate per ridurre l’usura e il dispendio di energia.
Studieremo l’attrito che si sviluppa tra superfici solide. Per prima cosa analizziamo le CAUSE e in secondo luogo i TIPI DI
FORZE D’ATTRITO che esistono tra i solidi.
CAUSE: per quanto le due superfici possano apparire lisce ad occhio nudo, esse sono sempre ruvide. Un tempo si pensava
che l’attrito fosse dovuto al reciproco inceppamento tra le asperità (anche microscopiche) tra le due superfici (si veda libro a
pag. 72). Tuttavia, recenti studi hanno dimostrato che nei solidi (specie nei metalli) l’attrito è dovuto a fenomeni di adesione
locale (si verificano delle micro saldature, si formano deli legami chimici). Per superare questa adesione locale occorre
applicare una forza abbastanza intensa da staccare le zone saldate.
Una volta che le due superfici sono in moto l’una rispetto all’altra, si può manifestare un’altra forma d’attrito, quando le
asperità di un materiale penetrano “ad aratro” in quelle dell’altro.
Distinguiamo quindi la forza d’attrito: in
Forza d’attrito statico
Forza d’attrito dinamico ( che a sua volta si distingue in radente o volvente)
La forza d’atttrito statico comprende i casi in cui la forza d’attrito è sufficiente ad impedire il moto di una superficie rispetto
ad un’altra.
L’attrito radente si ha quando le due superfici strisciano l’una rispetto all’altra.
L’attrito volvente si ha quando una superficie rotola rispetto ad un’altra senza slittare (nei punti di contatto).
Un esempio di attrito volvente: si ha tra le ruote di un treno e le rotaie. L’attrito volvente viene attribuito a deformazioni
locali nelle zone di contatto ed è l’attrito più difficile da studiare.
TIPI DI FORZE D’ATTRITO TRA I SOLIDI
Sperimentalmente la forza d’attrito (nei solidi) dipende dalla natura delle superfici e dal carico (forze che le due superfici
esercitano l’una contro l’altra).
Considero un corpo posto su un piano orizzontale. Se su di esso non agiscono altre forze oltre alla forza peso P, si ha che la
forza d’attrito è direttamente proporzionale alla forza normale (la forza esercitata dalla superficie S sul corpo in reazione alla
forza esercitata dal corpo sulla superficie).
𝐹�𝑎𝑡𝑡 𝐹�𝑁
Se agiscono altre forze, 𝐹�𝑁 è la somma algebrica delle componenti delle forze lungo l’asse y.
• La forza di attrito statico 𝐹�𝑠 tra le due superfici parallele a contatto è
diretta nel verso opposto a quello del moto relativo delle due superfici
ha intensità: 𝐹�𝑠 ≤ 𝜇𝑠 𝐹�𝑁 (dove 𝜇𝑠 è chiamato coefficiente d'attrito statico, è adimensionale ovvero è un numero,
compreso tra 0,001 e 1,5 e dipende dalla natura delle superfici a contatto).
Esempio: gomma su cemento
Asciutto
Bagnato
𝜇𝑠 1.2
0.8
𝜇𝐷 0.85
0.6
• 𝐹�𝑠 può avere intensità diverse: per capirlo, facciamo l’esempio con una cassa. Una persona spinge una cassa su un piano
orizzontale applicando una forza orizzontale chiamata Forza applicata, indicata con 𝐹�𝐴𝑃𝑃 . Se la cassettiera non si muove,
si ha 𝐹�𝐴𝑃𝑃 =𝐹�𝑆 . Se si mettono in due, e la cassa non si muove, la forza 𝐹�𝐴𝑃𝑃 aumenta ma anche 𝐹�𝑠 𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎
Se l’intensità della forza applicata supera l’attrito statico, allora la cassa comincia a muoversi.
La massima forza d’attrito statico si ha poco prima che la cassa cominci a scivolare. 𝐹�𝑠 𝑀𝐴𝑋 = 𝜇𝑠 𝐹�𝑁
•
Una volta che il corpo è in moto, scivola sulla superficie ed interviene una forza di attrito dinamico 𝐹�𝐷 = 𝜇𝐷 𝐹�𝑁
Dove 𝜇𝐷 è il coefficiente d’attrito dinamico radente, con 𝜇𝐷 < 𝜇𝑠
𝐹�𝑆 sorge in risposta ad una forza applicata. Intensità e verso di 𝐹�𝑆 dipendono dall’intensità e dal verso di 𝐹�𝐴𝑃𝑃 . Se la
persona spingesse in verso opposto, anche il verso di 𝐹�𝑆 si invertirebbe. Quando 𝐹�𝐴𝑃𝑃 >𝐹�𝑆 𝑀𝐴𝑋
Allora la cassettiera comincia a muoversi e subentra la forza d’attrito dinamico.
𝐹�𝐷 = 𝜇𝐷 𝐹�𝑁
𝐹�𝐴𝑃𝑃 =𝐹�𝐷 allora si ha un moto, velocità costante
𝐹�𝐴𝑃𝑃 > 𝐹𝐷 allora si ha un moto accelerato
In generale, si ha 𝐹𝑎 = 𝜇𝐹𝑁 , dove 𝜇 è costante per velocità di alcuni metri al secondo, poi varia.