La maggior parte degli oggetti non è così liscia come pensi che sia. A livello microscopico, anche superfici apparentemente lisce sono in realtà un paesaggio di minuscole colline e valli, troppo piccole vedere davvero ma fare una grande differenza quando si tratta di calcolare il movimento relativo tra due contatti superfici.
Queste minuscole imperfezioni nelle superfici si incastrano, dando origine alla forza di attrito, che agisce in la direzione opposta a qualsiasi movimento e deve essere calcolata per determinare la forza netta sull'oggetto.
Esistono diversi tipi di attrito, maattrito cineticoè altrimenti noto comeattrito radente, mentreFrizione staticacolpisce l'oggettoprimainizia a muoversi eattrito volventesi riferisce specificamente a oggetti che rotolano come le ruote.
Imparare cosa significa attrito cinetico, come trovare il coefficiente di attrito appropriato e come calcola ti dice tutto quello che devi sapere per affrontare i problemi di fisica che coinvolgono la forza di attrito.
Definizione di attrito cinetico
La definizione di attrito cinetico più semplice è: la resistenza al movimento causata dal contatto tra una superficie e l'oggetto che si muove contro di essa. La forza di attrito dinamico agisce suopporsiil movimento dell'oggetto, quindi se spingi qualcosa in avanti, l'attrito lo spinge all'indietro.
La forza della finzione cinetica si applica solo a un oggetto in movimento (quindi "cinetico") ed è altrimenti noto come attrito radente. Questa è la forza che si oppone al movimento di scorrimento (spingendo una scatola attraverso le assi del pavimento), e ci sono specifichecoefficienti di attritoper questo e altri tipi di attrito (come l'attrito volvente).
L'altro tipo principale di attrito tra i solidi è l'attrito statico, e questa è la resistenza al movimento causata dall'attrito tra aancoraoggetto e una superficie. Ilcoefficiente di attrito staticoè generalmente maggiore del coefficiente di attrito cinetico, indicando che la forza di attrito è più debole per gli oggetti che sono già in movimento.
Equazione per l'attrito cinetico
La forza di attrito è meglio definita usando un'equazione. La forza di attrito dipende dal coefficiente di attrito per il tipo di attrito considerato e dall'entità della forza normale che la superficie esercita sull'oggetto. Per attrito radente, la forza di attrito è data da:
F_k = μ_k F_n
DoveFK è la forza di attrito dinamico,μK è il coefficiente di attrito radente (o attrito dinamico) eFn è la forza normale, uguale al peso dell'oggetto se il problema coinvolge una superficie orizzontale e non agiscono altre forze verticali (cioè,Fn = mg, dovemè la massa dell'oggetto egè l'accelerazione di gravità). Poiché l'attrito è una forza, l'unità della forza di attrito è il newton (N). Il coefficiente di attrito dinamico è senza unità.
L'equazione per l'attrito statico è sostanzialmente la stessa, tranne per il fatto che il coefficiente di attrito radente è sostituito dal coefficiente di attrito statico (μS). Questo è davvero meglio pensato come un valore massimo perché aumenta fino a un certo punto, quindi se applichi più forza all'oggetto, inizierà a muoversi:
F_s \leq μ_s F_n
Calcoli con attrito cinetico
Calcolare la forza di attrito cinetico è semplice su una superficie orizzontale, ma un po' più difficile su una superficie inclinata. Ad esempio, prendi un mattone di vetro con una massa dim= 2 kg, spinto su una superficie di vetro orizzontale,𝜇K = 0,4. Puoi calcolare facilmente la forza di attrito cinetico usando la relazioneFn = mge notando cheg= 9,81 m/s2:
\begin{allineato} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 \\ &= 7,85 \; \text{N} \end{allineato}
Ora immagina la stessa situazione, tranne che la superficie è inclinata di 20 gradi rispetto all'orizzontale. La forza normale dipende dalla componente delpesodell'oggetto diretto perpendicolarmente alla superficie, che è data damgcos (θ), doveθè l'angolo di inclinazione. Notare chemgpeccato (θ) ti dice la forza di gravità che lo trascina lungo la pendenza.
Con il blocco in movimento, questo dà:
\begin{allineato} F_k &= μ_k F_n \\ &= μ_k mg \; \cos (θ) \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 × \cos (20°)\\ &= 7,37 \;\text{N } \end{allineato}
Puoi anche calcolare il coefficiente di attrito statico con un semplice esperimento. Immagina di iniziare a spingere o tirare un blocco di legno di 5 kg sul cemento. Se registri la forza applicata nel momento preciso in cui la scatola inizia a muoversi, puoi riorganizzare l'equazione dell'attrito statico per trovare il coefficiente di attrito appropriato per legno e pietra. Se occorrono 30 N di forza per spostare il blocco, allora il massimo perFS = 30 N, quindi:
F_s = μ_s F_n
Riorganizza per:
\begin{aligned} μ_s &= \frac{F_s}{F_n} \\ &= \frac{F_s}{mg} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{5 \;\text {kg}×9,81 \;\text{m/s}^2} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{49,05 \;\text{N}} \\ &= 0,61 \end {allineato}
Quindi il coefficiente è intorno a 0,61.