A maioria dos objetos não são tão lisos quanto você pensa. No nível microscópico, mesmo superfícies aparentemente lisas são realmente uma paisagem de minúsculas colinas e vales, muito pequenos para realmente ver, mas fazendo uma grande diferença quando se trata de calcular o movimento relativo entre dois em contato superfícies.
Essas minúsculas imperfeições nas superfícies se interligam, dando origem à força de atrito, que atua em a direção oposta a qualquer movimento e deve ser calculada para determinar a força resultante no objeto.
Existem alguns tipos diferentes de atrito, masatrito cinéticoé também conhecido comoFricção deslizante, enquantofricção estáticaafeta o objetoantescomeça a se mover efricção de rolamentorefere-se especificamente a objetos rolantes como rodas.
Aprender o que significa atrito cinético, como encontrar o coeficiente de atrito apropriado e como calculá-lo diz tudo o que você precisa saber para resolver problemas de física envolvendo a força de atrito.
Definição de fricção cinética
A definição mais direta de fricção cinética é: a resistência ao movimento causada pelo contato entre uma superfície e o objeto que se move contra ela. A força de atrito cinético atua paraoporo movimento do objeto, portanto, se você empurrar algo para frente, a fricção o empurra para trás.
A força cinética de ficção se aplica apenas a um objeto que está se movendo (portanto, "cinética") e é também conhecida como fricção deslizante. Esta é a força que se opõe ao movimento de deslizamento (empurrar uma caixa nas tábuas do piso), e hácoeficientes de atritopara este e outros tipos de atrito (como o atrito de rolamento).
O outro tipo principal de atrito entre os sólidos é o atrito estático, e esta é a resistência ao movimento causada pelo atrito entre umaindaobjeto e uma superfície. Ocoeficiente de atrito estáticoé geralmente maior do que o coeficiente de atrito cinético, indicando que a força de atrito é mais fraca para objetos que já estão em movimento.
Equação para atrito cinético
A força de atrito é melhor definida usando uma equação. A força de atrito depende do coeficiente de atrito para o tipo de atrito em consideração e a magnitude da força normal que a superfície exerce sobre o objeto. Para o atrito deslizante, a força de atrito é dada por:
F_k = μ_k F_n
OndeFk é a força do atrito cinético,μk é o coeficiente de atrito deslizante (ou atrito cinético) eFn é a força normal, igual ao peso do objeto se o problema envolver uma superfície horizontal e nenhuma outra força vertical estiver atuando (ou seja,Fn = mg, Ondemé a massa do objeto egé a aceleração da gravidade). Visto que o atrito é uma força, a unidade da força de atrito é o newton (N). O coeficiente de atrito cinético não tem unidade.
A equação para o atrito estático é basicamente a mesma, exceto que o coeficiente de atrito deslizante é substituído pelo coeficiente de atrito estático (μs). Isso é realmente melhor pensado como um valor máximo porque aumenta até um certo ponto e, em seguida, se você aplicar mais força ao objeto, ele começará a se mover:
F_s \ leq μ_s F_n
Cálculos com fricção cinética
Calcular a força cinética de atrito é simples em uma superfície horizontal, mas um pouco mais difícil em uma superfície inclinada. Por exemplo, pegue um bloco de vidro com uma massa dem= 2 kg, sendo empurrado através de uma superfície de vidro horizontal,𝜇k = 0,4. Você pode calcular a força cinética de atrito facilmente usando a relaçãoFn = mge observando issog= 9,81 m / s2:
\ begin {alinhado} 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 {alinhado}
Agora imagine a mesma situação, exceto que a superfície está inclinada em 20 graus em relação à horizontal. A força normal depende do componente dopesodo objeto direcionado perpendicularmente à superfície, que é dado pormgcos (θ), Ondeθé o ângulo de inclinação. Observe quemgpecado (θ) informa a força da gravidade puxando-o para baixo na inclinação.
Com o bloco em movimento, isso dá:
\ begin {alinhado} 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 {alinhado}
Você também pode calcular o coeficiente de atrito estático com um experimento simples. Imagine que você está tentando começar a empurrar ou puxar um bloco de madeira de 5 kg pelo concreto. Se você registrar a força aplicada no momento preciso em que a caixa começa a se mover, você pode reorganizar a equação de atrito estático para encontrar o coeficiente de atrito apropriado para madeira e pedra. Se for necessário 30 N de força para mover o bloco, então o máximo paraFs = 30 N, então:
F_s = μ_s F_n
Reorganiza para:
\ begin {alinhado} 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 {alinhado}
Portanto, o coeficiente está em torno de 0,61.