Forze di attrito: statica, radente e volvente

• Un cane comincia a tirare orizzontalmente uno slittino fermo con una forza di 92.0 N.
• Lo slittino, con il suo passeggero, ha un peso complessivo di 495 N.
• Il coefficiente di attrito statico tra il ghiaccio e lo slittino è pari a 0,220.
• Occorre stabilire se la slitta si muove.
• La forza applicata (F) è di 92,0 N, il coefficiente di attrito statico (ks) è 0,220, e il peso (P) è 495 N.
• Si deve calcolare la forza di attrito statico massima (Fsmax).
• Le forze agenti sullo slittino sono il peso (P), la reazione normale (N), la forza di trazione (F) e la forza di attrito statico (Fs).
• Per far scivolare lo slittino, il cane deve vincere la massima forza di attrito statico tra slittino e ghiaccio (Fs,max).
• Lo slittino comincia a scivolare se l'intensità della forza con cui il cane tira supera l'intensità massima dell'attrito statico.
• L'espressione per Fs,max è: Fs,max = ksN.
• Poiché lo slittino non si muove in direzione verticale, la reazione normale è uguale e opposta al peso: N = P.
• Fs.max = ksP = 0,220 * (495 N) = 109 N.
• L'intensità della forza con cui il cane tira lo slittino (92.0 N) è minore dell'intensità massima della forza di attrito statico (109 N): F < Fs,max.
• Pertanto, il cane non riesce a muovere lo slittino.
• Occorre calcolare la minima intensità della forza con cui il cane deve tirare per mettere in movimento lo slittino.
• Immaginiamo di tirare un blocco incrementando la forza applicata fino a raggiungere l'intensità massima possibile della forza di attrito statico.
• Il blocco rimane fermo fino a quando tutte le forze su di esso si bilanciano tra loro.
• Il blocco non si muove verticalmente, quindi il peso (P) e la reazione normale (N) si bilanciano (N = -P).
• Il blocco non si muove orizzontalmente, quindi la forza di trazione (F) e la forza di attrito statico massima (Fs,max) si bilanciano (Fs,max = -F).
• La massima trazione (F) che non fa muovere il blocco corrisponde all'intensità pari a Fs,max.
• Se F supera questo valore, il blocco si muove.
• Se si utilizza un blocco di peso doppio, raddoppiano sia la reazione normale (N) che la massima trazione (F = -Fs,max) necessaria per muoverlo.
• L'intensità massima della forza di attrito statico (Fs,max) è direttamente proporzionale all'intensità della reazione normale (N): Fs,max = ksN.
• ks è una costante adimensionale di proporzionalità, nota come coefficiente di attrito statico, che dipende dal materiale delle superfici a contatto.
• L'intensità dell'attrito statico può variare tra zero e il valore massimo Fs,max.
• Se un corpo fermo è a contatto con una superficie ed è sottoposto a una forza in direzione parallela alla superficie, la superficie esercita una forza di attrito statico (F) uguale e opposta alla forza applicata.
• L'intensità di tale forza soddisfa la condizione: F ≤ ksN.
• Le forze di attrito sono forze che si oppongono o limitano il movimento reciproco tra corpi a contatto.
• L'esistenza di queste forze è dovuta alle irregolarità microscopiche presenti su tutte le superfici, anche quelle apparentemente lisce.
• L'attrito si sviluppa nei punti di contatto tra queste irregolarità.
• Le forze di attrito sono essenziali per movimenti come camminare o guidare un'auto.
• In assenza di attrito tra scarpe e suolo, camminare sarebbe impossibile.

Attrito Radente e Volvente

• Quando un corpo striscia su una superficie, l'attrito è detto radente.
• Quando un corpo rotola su una superficie, l'attrito è detto volvente.

Forza di Attrito Statico

• L'attrito statico impedisce ad altre forze di mettere in movimento un corpo.

• La forza di attrito statico agisce parallelamente alla superficie di contatto.

• L'intensità dell'attrito statico è uguale a quella della forza applicata, misurabile con un dinamometro.

• Se si applica una forza maggiore, il blocco rimane fermo perché l'attrito statico aumenta di pari passo.

• Continuano ad applicare una forza sempre maggiore, finché il blocco comincia a muoversi.

• A quel punto, è stata applicata una forza maggiore della massima forza di attrito statico possibile tra blocco e piano.

• La forza di attrito statico tra due corpi a contatto non può superare una certa intensità massima, indicata come Fs,max.

  FORZA DI ATTRITO DINAMICO

• L'attrito statico è una forza da superare per mettere in movimento un corpo in direzione parallela alla superficie con cui è a contatto.

• Una volta che il corpo ha cominciato a muoversi, l'attrito continua ad agire.

• In questo caso, la superficie esercita sul corpo una forza di attrito dinamico (Fd) parallela alla superficie, che ha la stessa direzione ma verso opposto rispetto al moto.

• L'intensità dell'attrito dinamico tra due corpi a contatto ha un solo valore, direttamente proporzionale all'intensità della reazione normale della superficie.

• Se un corpo si muove a contatto con una superficie, la superficie esercita sul corpo una forza di attrito dinamico (Fd) che ha direzione uguale e verso opposto al moto.

• L'intensità di Fd è direttamente proporzionale all'intensità N della reazione normale della superficie.

• La formula è Fd = kd * N, dove kd è il coefficiente di attrito dinamico.

• La costante di proporzionalità tra Fd e N è un numero puro detto coefficiente di attrito dinamico (kd).

• La relazione esprime la proporzionalità diretta fra i moduli della forza di attrito e della reazione normale, e non una proporzionalità fra vettori.

• Le direzioni di queste due forze sono differenti: parallela alla superficie di contatto la prima, perpendicolare la seconda.

• Per uno stesso corpo appoggiato su una stessa superficie, il coefficiente di attrito dinamico è sempre minore del coefficiente di attrito statico.

• È più difficile far strisciare un corpo partendo da fermo rispetto a quando è già in movimento.

• Sia il coefficiente di attrito statico sia il coefficiente di attrito dinamico non dipendono dall'area di contatto tra le superfici.