O atrito deslizante, mais comumente referido como atrito cinético, é uma força que se opõe ao movimento deslizante de duas superfícies que se movem uma após a outra. Em contraste, o atrito estático é um tipo de força de atrito entre duas superfícies que se empurram uma contra a outra, mas não deslizam uma em relação à outra. (Imagine empurrar uma cadeira antes que ela comece a deslizar pelo chão. A força aplicada antes do início do deslizamento é oposta pelo atrito estático.)
O atrito deslizante normalmente envolve menos resistência do que o atrito estático, motivo pelo qual muitas vezes você tem que empurrar com mais força para que um objeto comece a deslizar do que para mantê-lo deslizando. A magnitude da força de atrito é diretamente proporcional à magnitude da força normal. Lembre-se de que a força normal é a força perpendicular à superfície que neutraliza quaisquer outras forças aplicadas naquela direção.
A constante de proporcionalidade é uma quantidade sem unidade chamada coeficiente de atrito e varia dependendo das superfícies em contato. (Os valores para este coeficiente são normalmente procurados em tabelas.) O coeficiente de atrito é geralmente representado pela letra grega
F_f = \ mu_kF_N
OndeFNé a magnitude da força normal, as unidades estão em newtons (N) e a direção dessa força é oposta à direção do movimento.
Definição de fricção de rolamento
A resistência ao rolamento às vezes é chamada de atrito de rolamento, embora não seja exatamente uma força de atrito porque não é o resultado de duas superfícies em contato tentando empurrar uma contra a outra. É uma força resistiva resultante da perda de energia devido às deformações do objeto rolante e da superfície.
Assim como com as forças de atrito, no entanto, a magnitude da força de resistência ao rolamento é diretamente proporcional à magnitude da força normal, com uma constante de proporcionalidade que depende das superfícies em contato. Enquantoμràs vezes é usado para o coeficiente, é mais comum verCrr, tornando a equação para a magnitude da resistência ao rolamento o seguinte:
F_r = C_ {rr} F_N
Essa força atua na direção oposta ao movimento.
Exemplos de fricção deslizante e resistência ao rolamento
Vamos considerar um exemplo de atrito envolvendo um carrinho de dinâmica encontrado em uma sala de aula de física típica e comparar a aceleração com a qual viaja por uma trilha de metal inclinada a 20 graus por três diferentes cenários:
Cenário 1:Não há fricção ou forças resistivas agindo no carrinho enquanto ele rola livremente sem escorregar na pista.
Primeiro, desenhamos o diagrama de corpo livre. A força da gravidade apontando diretamente para baixo e a força normal apontando perpendicularmente à superfície são as únicas forças atuantes.
As equações da força líquida são:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
Podemos resolver imediatamente a primeira equação para aceleração e inserir valores para obter a resposta:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ implica mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ implica a = g \ sin (\ theta) = 9,8 \ sin (20) = \ boxed {3,35 \ text { m / s} ^ 2}
Cenário 2:A resistência ao rolamento atua no carrinho à medida que ele rola livremente sem escorregar na pista.
Aqui, assumiremos um coeficiente de resistência ao rolamento de 0,0065, que é baseado em um exemplo encontrado em um papel da Academia Naval dos EUA.
Agora, nosso diagrama de corpo livre inclui a resistência ao rolamento atuando na linha. Nossas equações de força líquida tornam-se:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
A partir da segunda equação, podemos resolver paraFN, insira o resultado na expressão de atrito na primeira equação e resolva parauma:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ implica F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_N = F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_g \ cos (\ theta) = ma \\ \ implica \ cancelar mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cancelar mg \ cos (\ theta) = \ cancelar ma \\ \ implica a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9,8 (\ sin (20) -0,0065 \ cos (20)) \\ = \ encaixotado {3,29 \ texto {m / s} ^ 2}
Cenário 3:As rodas do carrinho são travadas no lugar e ele desliza pela pista, impedido por atrito cinético.
Aqui, usaremos um coeficiente de atrito cinético de 0,2, que está no meio da faixa de valores normalmente listados para plástico sobre metal.
Nosso diagrama de corpo livre é muito semelhante ao caso da resistência ao rolamento, exceto que é uma força de atrito deslizante atuando na rampa. Nossas equações de força líquida tornam-se:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
E novamente nós resolvemos paraumade uma forma semelhante:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ implica F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ implica \ cancelar mg \ sin (\ theta) - \ mu_k \ cancelar mg \ cos (\ theta) = \ cancelar ma \\ \ implica a = g (\ sin (\ theta) - \ mu_k \ cos (\ theta)) = 9,8 ( \ sin (20) -0,2 \ cos (20)) \\ = \ boxed {1,51 \ texto {m / s} ^ 2}
Observe que a aceleração com a resistência ao rolamento é muito próxima do caso sem atrito, enquanto o caso de atrito deslizante é significativamente diferente. É por isso que a resistência ao rolamento é negligenciada na maioria das situações e porque a roda foi uma invenção brilhante!