Fricção de rolamento: Definição, Coeficiente, Fórmula (c / Exemplos)

O atrito faz parte da vida cotidiana. Enquanto em problemas de física idealizados, você costuma ignorar coisas como a resistência do ar e a força de atrito, se quiser com precisão calcular o movimento de objetos em uma superfície, você deve levar em conta as interações no ponto de contato entre o objeto e o superfície.

Isso geralmente significa trabalhar com atrito deslizante, atrito estático ou atrito de rolamento, dependendo da situação específica. Embora um objeto rolante como uma bola ou roda experimente claramente menos força de atrito do que um objeto, você precisa slide, você ainda precisará aprender a calcular a resistência ao rolamento para descrever o movimento de objetos, como pneus de carro em asfalto.

O atrito de rolamento é um tipo de atrito cinético, também conhecido comoresistência ao rolamento, que se aplica ao movimento de rolamento (em oposição ao movimento de deslizamento - o outro tipo de atrito cinético) e se opõe ao movimento de rolamento essencialmente da mesma maneira que outras formas de força de atrito.

De um modo geral, o rolamento não envolve tanta resistência quanto o deslizamento, então ocoeficiente de atrito de rolamentoem uma superfície é normalmente menor do que o coeficiente de atrito para situações de deslizamento ou estáticas na mesma superfície.

O processo de laminação (ou laminação pura, ou seja, sem deslizamento) é bastante diferente de deslizamento, porque o rolamento inclui atrito adicional conforme cada novo ponto do objeto entra em contato com o superfície. Como resultado disso, a qualquer momento existe um novo ponto de contato e a situação é instantaneamente semelhante ao atrito estático.

Existem muitos outros fatores além da rugosidade da superfície que também influenciam o atrito de rolamento; por exemplo, a quantidade de deformações do objeto e da superfície para o movimento de rolamento quando estão em contato afeta a intensidade da força. Por exemplo, pneus de carro ou caminhão experimentam mais resistência ao rolamento quando são inflados a uma pressão mais baixa. Assim como as forças diretas empurrando um pneu, parte da perda de energia é devido ao calor, chamadoperdas de histerese​.

A equação para o atrito de rolamento é basicamente a mesma que as equações para o atrito de deslizamento e estático atrito, exceto com o coeficiente de atrito de rolamento no lugar do coeficiente semelhante para outros tipos de atrito.

UsandoF​_{k, r} para a força de fricção de rolamento (isto é, cinética, rolamento),F​_n para a força normal eμ​_{k, r} para o coeficiente de atrito de rolamento, a equação é:

Uma vez que o atrito de rolamento é uma força, a unidade deF​_{k, r} é newtons. Ao resolver problemas que envolvem um corpo de rolamento, você precisará procurar o coeficiente específico de atrito de rolamento para seus materiais específicos. A caixa de ferramentas de engenharia geralmente é uma ferramenta fantástica recurso para esse tipo de coisa (consulte Recursos).

Como sempre, a força normal (F​_n) tem a mesma magnitude do peso (ou seja,mg, Ondemé a missa eg= 9,81 m / s²) do objeto em uma superfície horizontal (assumindo que nenhuma outra força esteja agindo nessa direção), e é perpendicular à superfície no ponto de contato.Se a superfície estiver inclinadaem um ânguloθ, a magnitude da força normal é dada pormgcos (θ​).

O cálculo do atrito de rolamento é um processo bastante simples na maioria dos casos. Imagine um carro com uma massa dem= 1.500 kg, dirigindo no asfalto e comμ​_{k, r} = 0.02. Qual é a resistência ao rolamento neste caso?

Usando a fórmula, ao ladoF​_n = ​mg(em uma superfície horizontal):

Você pode ver que a força devido ao atrito de rolamento parece substancial neste caso, no entanto, dada a massa do carro, e usando a segunda lei de Newton, isso equivale a apenas uma desaceleração de 0,196 m / s². eu

Se esse mesmo carro estivesse subindo uma estrada com uma inclinação de 10 graus para cima, você teria que usarF​_n = ​mgcos (θ), e o resultado mudaria:

Como a força normal é reduzida devido à inclinação, a força de atrito é reduzida pelo mesmo fator.

Você também pode calcular o coeficiente de atrito de rolamento se conhecer a força de atrito de rolamento e o tamanho da força normal, usando a seguinte fórmula reorganizada:

Imaginando um pneu de bicicleta rolando em uma superfície de concreto horizontal comF​_n = 762 N eF​_{k, r} = 1,52 N, o coeficiente de atrito de rolamento é: