Qualsiasi movimento nella natura e nella tecnologia, che comporti la presenza del contatto fisico tra corpi solidi, è accompagnato da attrito. In questo articolo forniremo esempi della forza di attrito e mostreremo in quali casi svolge un ruolo utile e in quali non è desiderabile.
Quali sono i tipi di attrito tra i solidi
In questo articolo considereremo solo esempi di forze di attrito che agiscono tra oggetti solidi che hanno un contatto fisico tra loro.
Uno dei tipi importanti di attrito è l'attrito statico. In base al nome stesso, si può presumere che si manifesti quando un corpo poggia sulla superficie di un altro. Tutti sanno che per spostare un oggetto pesante dal suo posto, è necessario applicare una forza esterna diretta lungo la superficie di contatto di questo oggetto e la superficie su cui poggia. Questa forza è contrastata dalla forza di attrito statico. Agisce tra le superfici di contatto dei corpi. L'attrito del riposo si verifica a causa della presenza di rugosità sulle superfici a contatto, non importa comenon erano lisci.
Il secondo tipo di attrito che esamineremo è l'attrito radente. Sorge anche a causa della menzionata rugosità, quando i corpi iniziano a muoversi l'uno rispetto all' altro scivolando. La direzione e il punto di applicazione della forza di attrito radente sono esattamente gli stessi dell'attrito statico. L'unica differenza tra queste forze è che la forza di scorrimento è sempre inferiore alla forza di riposo.
Il terzo tipo di attrito, che nella tecnologia non gioca un ruolo minore rispetto ai primi due, è l'attrito volvente. Come dice il nome, appare quando un corpo rotola sulla superficie di un altro. Il motivo dell'attrito volvente risiede nell'isteresi della deformazione, che porta alla "dispersione" dell'energia cinetica del corpo volvente. In un certo numero di casi pratici, questa forza di attrito è 10-100 o più volte inferiore rispetto ai precedenti tipi di attrito considerati.
Tutti i tipi di forze di attrito sono direttamente proporzionali alla forza di reazione del supporto con cui quest'ultimo agisce sul corpo in questione.
Danno e beneficio della forza di attrito statico: esempi
Di tutti i tipi di attrito citati, forse, l'attrito statico è il più "innocuo". Il fatto è che in pratica gioca quasi sempre un ruolo utile. Il suo unico punto negativo è che è maggiore dell'attrito radente. Quest'ultimo fatto significa che per qualsiasi inizio di movimento è necessario applicare un grande sforzo. Ad esempio, per iniziare a sciare sulla neve, devi prima letteralmente "strapparli" dalla superficie della neve.
Ci sono molti esempiuso della forza di attrito statico. Elenchiamoli:
- Chiodi e viti che tengono saldamente insieme due corpi solidi di legno, plastica e metallo svolgono la loro funzione attraverso l'azione della forza in questione.
- Camminare una persona, guidare l'auto sulle strade è dovuto al fatto che l'attrito statico è maggiore dell'attrito radente. In caso contrario, sarebbe difficile per noi spostarci, persone e veicoli scivolerebbero in un unico punto.
- Eventuali corpi che poggiano su superfici inclinate sono dovuti all'azione dell'attrito statico. Se quest'ultimo non esistesse, sarebbe impossibile azionare un freno a mano su un'auto in pendenza o qualsiasi oggetto per la casa su un tavolo che ha una leggera inclinazione verso l'orizzonte.
Attrito di scorrimento e suoi vantaggi
A differenza dell'attrito statico, che svolge principalmente un ruolo positivo nella vita umana, l'attrito radente è solitamente una forza dannosa. Tuttavia, si possono fornire due esempi di utile forza di attrito radente:
- Poiché l'attrito radente porta al riscaldamento della superficie degli oggetti (il modo naturale e più semplice per convertire l'energia meccanica in calore), questo effetto può essere utilizzato per aumentare la temperatura dei corpi. Quindi, nei tempi antichi, i nostri antenati accendevano il fuoco usando l'attrito radente.
- Quando il conducente vuole fermare il veicolo, preme il pedale del freno. In questo caso i dischi freno scorrono all'interno del cerchione e ne rallentano la rotazione.
Danneggia l'attrito radente
Esempi dell'azione di attrito radente sono il movimento di un mobile sul pavimento quando vogliamo risistemarlo in una stanza, lo scivolamento di uno sciatore e di un pattinatore, lo slittamento delle ruote di un'auto quando sono bloccate o durante la guida su strada scivolosa, slittamento tra le parti in sfregamento dei meccanismi di varie macchine.
In tutti questi casi, l'attrito radente gioca un ruolo dannoso. Questi esempi del danno dell'attrito radente sono dovuti al fatto che impedisce il movimento meccanico e "mangia" una certa quantità di energia cinetica (sci, pattini, parti mobili di macchine). Inoltre, la conversione dell'energia meccanica in energia termica porta al riscaldamento delle parti di sfregamento. Un aumento della loro temperatura porta a un cambiamento nella struttura microscopica, che viola le proprietà dei materiali. Infine, gli esempi elencati della forza di attrito radente portano all'usura delle superfici di sfregamento, alla comparsa di scanalature indesiderate su di esse e al diradamento.
Attrito di rotolamento, danni e benefici
Se consideriamo alla radice la questione dell'utilità della forza di attrito volvente, risulta che non esiste affatto. L'attrito volvente, infatti, impedisce sempre la rotazione meccanica, porta all'usura delle parti in lavorazione e al loro indesiderato riscaldamento. Tuttavia, il fenomeno del rotolamento è ampiamente utilizzato in ingegneria (cuscinetti, ruote di veicoli). Ciò è spiegato dal fatto che la forza di attrito volvente è molto inferiore alla forza di scorrimento simile, che riduce la sua scala di ordini di grandezza.influenza dannosa.
Aumento e diminuzione delle forze di attrito
Come abbiamo visto sopra negli esempi, le forze di attrito statico e di scorrimento sono talvolta utili e talvolta dannose. A questo proposito, l'umanità utilizza da tempo metodi per modificare la scala dell'attrito, sia nella direzione di aumentare la forza corrispondente, sia nella direzione della sua diminuzione.
Grandi esempi di come aumentare la forza di attrito sono lo spolvero di sabbia e sale sul ghiaccio sulle strade. Come risultato di queste azioni, c'è un aumento della rugosità della superficie del ghiaccio e, di conseguenza, un aumento delle forze di attrito statico e di scorrimento.
Un altro modo per aumentare le forze in questione è utilizzare superfici speciali. Un esempio lampante è la superficie del pneumatico invernale di un'auto, caratterizzata da un battistrada profondo e dalla presenza di punte metalliche.
Durante lo sci, così come durante la rotazione dei cuscinetti di vari meccanismi, l'attrito gioca un ruolo negativo. Per ridurlo vengono utilizzati lubrificanti speciali, generalmente a base di grassi (cera, litolo).
