Le superfici esercitano una forza di attrito che resiste ai movimenti di scorrimento ed è necessario calcolare la dimensione di questa forza come parte di molti problemi di fisica. La quantità di attrito dipende principalmente dalla "forza normale", che le superfici esercitano sugli oggetti che vi si trovano, nonché dalle caratteristiche della superficie specifica che stai considerando. Per la maggior parte degli scopi, puoi utilizzare la formula:
calcolare l'attrito, connosta per la forza "normale" e "μ” incorporando le caratteristiche della superficie.
L'attrito descrive la forza tra due superfici quando si tenta di spostarne una sull'altra. La forza resiste al movimento e nella maggior parte dei casi la forza agisce nella direzione opposta al movimento. Giù a livello molecolare, quando si premono due superfici insieme, piccole imperfezioni in ciascuna superficie può incastrarsi, e potrebbero esserci forze attrattive tra le molecole di un materiale e l'altro. Questi fattori rendono più difficile spostarli l'uno sull'altro. Tuttavia, non lavori a questo livello quando calcoli la forza di attrito. Per le situazioni quotidiane, i fisici raggruppano tutti questi fattori nel "coefficiente"
La forza "normale" descrive la forza che la superficie su cui un oggetto è appoggiato (o viene premuto) esercita sull'oggetto. Per un oggetto fermo su una superficie piana, la forza deve esattamente opporsi alla forza di gravità, altrimenti l'oggetto si muoverebbe, secondo le leggi del moto di Newton. La forza “normale” (no) è il nome della forza che fa questo.
Agisce sempre perpendicolarmente alla superficie. Ciò significa che su una superficie inclinata, la forza normale punterebbe ancora direttamente lontano dalla superficie, mentre la forza di gravità punterebbe direttamente verso il basso.
La forza normale può essere semplicemente descritta nella maggior parte dei casi da:
N= mg
Qui,mrappresenta la massa dell'oggetto, egsta per l'accelerazione di gravità, che è 9,8 metri al secondo al secondo (m/s2), o reti per chilogrammo (N/kg). Questo corrisponde semplicemente al "peso" dell'oggetto.
Per le superfici inclinate, la forza della forza normale si riduce quanto più la superficie è inclinata, quindi la formula diventa:
N=mg\cos{\teta}
Conθsta per l'angolo a cui è inclinata la superficie.
Per un semplice esempio di calcolo, considera una superficie piana con sopra un blocco di legno di 2 kg. La forza normale punterebbe direttamente verso l'alto (per sostenere il peso del blocco) e si calcola:
N=2\volte 9,8 = 19,6\testo{ N}
Il coefficiente dipende dall'oggetto e dalla situazione specifica con cui stai lavorando. Se l'oggetto non si sta già muovendo sulla superficie, si utilizza il coefficiente di attrito staticoμstatico, ma se è in movimento si usa il coefficiente di attrito radenteμdiapositiva.
Generalmente, il coefficiente di attrito radente è inferiore al coefficiente di attrito statico. In altre parole, è più facile far scivolare qualcosa che sta già scivolando che far scorrere qualcosa che è fermo.
Anche i materiali che stai considerando influiscono sul coefficiente. Ad esempio, se il blocco di legno di prima era su una superficie di mattoni, il coefficiente sarebbe 0,6, ma per il legno pulito può essere compreso tra 0,25 e 0,5. Per ghiaccio su ghiaccio, il coefficiente statico è 0,1. Anche in questo caso, il coefficiente di scorrimento lo riduce ulteriormente, a 0,03 per ghiaccio su ghiaccio e 0,2 per legno su legna. Cerca questi per la tua superficie usando una tabella online (vedi Risorse).
La formula per la forza di attrito afferma:
F=\mu N
Ad esempio, si consideri un blocco di legno di massa di 2 kg su un tavolo di legno, spinto da fermo. In questo caso si usa il coefficiente statico, conμstatico = da 0,25 a 0,5 per il legno. prendendoμstatico = 0,5 per massimizzare l'effetto potenziale dell'attrito e ricordando ilno = 19,6 N da prima, la forza è:
F=0,5\volte19,6 = 9,8\testo{N}
Ricorda che l'attrito fornisce solo forza per resistere al movimento, quindi se inizi a spingerlo delicatamente e ottieni più solida, la forza di attrito aumenterà fino a un valore massimo, che è quello che hai appena calcolato. I fisici a volte scrivonoFmax per chiarire questo punto.
Una volta che il blocco si muove, usiμdiapositiva = 0,2, in questo caso:
F_{diapositiva}=\mu_{diapositiva} N=0.2\volte 19,6 = 3,92\testo{ N}