La maggior parte delle persone comprende l'attrito in modo intuitivo. Quando provi a spingere un oggetto lungo una superficie, il contatto tra l'oggetto e la superficie resiste alla tua spinta fino a una certa forza di spinta. Il calcolo della forza di attrito matematicamente di solito implica il "coefficiente di attrito", che descrive quanto i due materiali specifici "attaccano insieme" per resistere al movimento, e qualcosa chiamato "forza normale" che si riferisce alla massa del oggetto. Ma se non conosci il coefficiente di attrito, come calcoli la forza? Puoi ottenere questo risultato cercando un risultato standard online o conducendo un piccolo esperimento.
Usa l'oggetto in questione e una piccola parte della superficie che puoi muovere liberamente per allestire una rampa inclinata. Se non puoi usare l'intera superficie o l'intero oggetto, usa semplicemente un pezzo di qualcosa fatto dello stesso materiale. Ad esempio, se si dispone di un pavimento piastrellato come superficie, è possibile utilizzare una singola piastrella per creare la rampa. Se hai una credenza in legno come oggetto, usa un altro oggetto più piccolo in legno (idealmente con una finitura simile sul legno). Più ti avvicini alla situazione reale, più accurato sarà il tuo calcolo.
Assicurati di poter regolare l'inclinazione della rampa, impilando una serie di libri o qualcosa di simile, in modo da poter apportare piccole modifiche alla sua altezza massima.
Più la superficie è inclinata, più la forza di gravità lavorerà per tirarla giù dalla rampa. La forza di attrito lavora contro questo, ma ad un certo punto la forza di gravità lo vince. Questo ti dice la massima forza di attrito per questi materiali e i fisici lo descrivono attraverso il coefficiente di attrito statico (μstatico). L'esperimento consente di trovare il valore per questo.
Posiziona l'oggetto sopra la superficie con un angolo poco profondo che non lo farà scivolare lungo la rampa. Aumenta gradualmente l'inclinazione della rampa aggiungendo libri o altri oggetti sottili alla pila e trova l'inclinazione più ripida a cui puoi tenerla senza che l'oggetto si muova. Farai fatica a ottenere una risposta completamente precisa, ma la tua stima migliore sarà abbastanza vicina al valore reale per il calcolo. Misurare l'altezza della rampa e la lunghezza della base della rampa quando è a questa inclinazione. Stai essenzialmente trattando la rampa come se formasse un triangolo rettangolo con il pavimento e misurassi la lunghezza e l'altezza del triangolo.
La matematica per la situazione funziona in modo ordinato e si scopre che la tangente dell'angolo di inclinazione ti dice il valore del coefficiente. Così:
Oppure, poiché tan = opposto/adiacente = lunghezza della base/altezza, si calcola:
Dove il "no” sta per la forza normale. Per una superficie piana, il valore di questo è uguale al peso dell'oggetto, quindi puoi usare:
Ad esempio, il legno su una superficie di pietra ha un coefficiente di attrito diμstatico = 0,3, quindi utilizzando questo valore per un armadio in legno da 10 chilogrammi (kg) su una superficie in pietra:
Cerca online per trovare il coefficiente di attrito tra le tue due sostanze. Ad esempio, un pneumatico per auto su asfalto ha un coefficiente diμstatico = 0,72, il ghiaccio su legno haμstatico = 0,05 e legno su mattone haμstatico = 0,6. Trova il valore per la tua situazione (incluso l'uso del coefficiente di scorrimento se non stai calcolando l'attrito da fermo) e prendine nota.
Se non lo è, la forza normale è più debole. In questo caso, trova l'angolo di inclinazioneθe calcola:
Ad esempio, utilizzando un blocco di ghiaccio da 1 kg su legno, inclinato a 30°, e ricordando cheg= 9,8 m/s2, questo da:
F=\cos{\theta} \mu_{static} mg=\cos{30}\times 0,05 \times 1 \times 9,8 = 0,424\text{ N}