Qualsiasi contatto tra due corpi provoca una forza di attrito. In questo caso, non importa in quale stato aggregato della materia si trovano i corpi, se si muovono l'uno rispetto all' altro o se sono a riposo. In questo articolo, considereremo brevemente quali tipi di attrito esistono in natura e tecnologia.
Attrito a riposo
Per molti, potrebbe essere una strana idea che l'attrito dei corpi esista anche quando sono a riposo l'uno rispetto all' altro. Inoltre, questa forza di attrito è la forza più grande tra gli altri tipi. Si manifesta quando proviamo a spostare qualsiasi oggetto. Può essere un blocco di legno, una pietra o anche una ruota.
Il motivo dell'esistenza della forza di attrito statico è la presenza di irregolarità sulle superfici di contatto, che interagiscono meccanicamente tra loro secondo il principio peak-trough.
La forza di attrito statico viene calcolata utilizzando la seguente formula:
Fat1=µtN
Qui N è la reazione del supporto con cui la superficie agisce sul corpo lungo la normale. Il parametro µt è il coefficiente di attrito. Dipende dail materiale delle superfici a contatto, la qualità della lavorazione di queste superfici, la loro temperatura e alcuni altri fattori.
La formula scritta mostra che la forza di attrito statico non dipende dall'area di contatto. L'espressione per Ft1 permette di calcolare la cosiddetta forza massima. In un certo numero di casi pratici, Ft1 non è il massimo. È sempre uguale in grandezza alla forza esterna che cerca di portare il corpo fuori dal riposo.
L'attrito a riposo gioca un ruolo importante nella vita. Grazie a questo possiamo muoverci a terra, spingendoci fuori con la pianta dei piedi, senza scivolare. Eventuali corpi che si trovano su piani inclinati rispetto all'orizzonte non scivolano via da essi a causa della forza Ft1.
Attrito durante lo scorrimento
Un altro importante tipo di attrito per una persona si manifesta quando un corpo scivola sulla superficie di un altro. Questo attrito nasce per la stessa ragione fisica dell'attrito statico. Inoltre, la sua forza viene calcolata utilizzando una formula simile.
Fat2=µkN
L'unica differenza con la formula precedente è l'uso di coefficienti diversi per l'attrito radente µk. I coefficienti µk sono sempre inferiori a parametri simili per l'attrito statico per la stessa coppia di superfici di sfregamento. In pratica, questo fatto si manifesta come segue: un graduale aumento della forza esterna porta ad un aumento del valore di Ft1 fino a raggiungere il suo valore massimo. Dopodiché leiscende bruscamente di diverse decine di percento al valore Ft2 e viene mantenuto costante durante il movimento del corpo.
Il coefficiente µk dipende dagli stessi fattori del parametro µt per l'attrito statico. La forza di attrito radente Ft2 praticamente non dipende dalla velocità di movimento dei corpi. Solo alle alte velocità diventa evidente una diminuzione.
L'importanza dell'attrito radente per la vita umana può essere vista in esempi come lo sci o il pattinaggio. In questi casi il coefficiente µk si riduce modificando le superfici di sfregamento. Al contrario, cospargere di sale e sabbia le strade mira ad aumentare i valori dei coefficienti µk e µt.
Attrito di rotolamento
Questo è uno dei tipi di attrito importanti per il funzionamento della tecnologia moderna. È presente durante la rotazione dei cuscinetti e il movimento delle ruote dei veicoli. A differenza dell'attrito di scorrimento e di riposo, l'attrito volvente è dovuto alla deformazione della ruota durante il movimento. Questa deformazione, che si verifica nella regione elastica, dissipa energia per isteresi, manifestandosi come forza di attrito durante il movimento.
Il calcolo della massima forza di attrito volvente viene effettuato secondo la formula:
Fat3=re/reN
Ovvero, la forza Ft3, come le forze Ft1 e Ft2, è direttamente proporzionale alla reazione del supporto. Tuttavia, dipende anche dalla durezza dei materiali a contatto e dal raggio della ruota R. Il valored è chiamato coefficiente di resistenza al rotolamento. A differenza dei coefficienti µk e µt, d ha la dimensione della lunghezza.
Di norma, il rapporto adimensionale d/R risulta essere 1-2 ordini di grandezza inferiore al valore µk. Ciò significa che il movimento dei corpi con l'aiuto del rotolamento è molto più energeticamente favorevole rispetto allo scorrimento. Ecco perché l'attrito volvente viene utilizzato in tutte le superfici di sfregamento di meccanismi e macchine.
Angolo di attrito
Tutti e tre i tipi di manifestazioni di attrito sopra descritti sono caratterizzati da una certa forza di attrito Ft, che è direttamente proporzionale a N. Entrambe le forze sono dirette ad angolo retto l'una rispetto all' altra. L'angolo che la loro somma vettoriale forma con la normale alla superficie è chiamato angolo di attrito. Per capirne l'importanza, usiamo questa definizione e scriviamola in forma matematica, otteniamo:
Fat=kN;
tg(θ)=FAt/N=k
Quindi, la tangente dell'angolo di attrito θ è uguale al coefficiente di attrito k per un dato tipo di forza. Ciò significa che maggiore è l'angolo θ, maggiore è la forza di attrito stessa.
Attriti in liquidi e gas
Quando un corpo solido si muove in un mezzo gassoso o liquido, si scontra costantemente con le particelle di questo mezzo. Queste collisioni, accompagnate da una perdita di velocità del corpo rigido, sono causa di attrito nelle sostanze fluide.
Questo tipo di attrito dipende fortemente dalla velocità. Quindi, a velocità relativamente basse, la forza di attritorisulta essere direttamente proporzionale alla velocità di movimento v, mentre alle alte velocità si parla di proporzionalità v2.
Ci sono molti esempi di questo attrito, dal movimento di barche e navi al volo degli aerei.
