L'attrito è un fenomeno che incontriamo continuamente nella vita di tutti i giorni. È impossibile determinare se l'attrito sia dannoso o benefico. Anche fare un passo sul ghiaccio scivoloso sembra un'impresa ardua, camminare su una superficie asf altata ruvida è un piacere. Le parti di automobili senza lubrificazione si usurano molto più velocemente.
Lo studio dell'attrito, la conoscenza delle sue proprietà di base permette ad una persona di usarlo.
La forza di attrito in fisica
La forza derivante dal movimento o dal tentativo di movimento di un corpo sulla superficie di un altro, diretta contro la direzione del movimento, applicata ai corpi in movimento, è chiamata forza di attrito. Il modulo della forza di attrito, la cui formula dipende da molti parametri, varia a seconda del tipo di resistenza.
Si distinguono i seguenti tipi di attrito:
• riposo;
• slittamento;
• in arrivo.
Qualsiasi tentativo di spostare un oggetto pesante (armadietto, pietra) dal suo posto porta alla tensione della forza di una persona. Allo stesso tempo, non è sempre possibile mettere in movimento l'oggetto. L'attrito del riposo interferisce con questo.
Stato di riposo
Formula di calcolo per la forza di attrito staticonon ci permette di determinarlo con sufficiente precisione. In virtù della terza legge di Newton, l'entità della forza di resistenza statica dipende dalla forza applicata.
All'aumentare della forza, aumenta anche la forza di attrito.
0 < FAguai a riposo < FAmax
L'attrito a riposo impedisce ai chiodi piantati nel legno di cadere; i bottoni cuciti con filo sono tenuti saldamente in posizione. È interessante notare che è la resistenza del riposo che consente a una persona di camminare. Inoltre, è diretto nella direzione del movimento umano, che contraddice lo stato generale delle cose.
Fenomeno di scivolamento
Quando la forza esterna che muove il corpo aumenta al valore della massima forza di attrito statico, inizia a muoversi. La forza di attrito radente è considerata nel processo di scorrimento di un corpo sulla superficie di un altro. Il suo valore dipende dalle proprietà delle superfici interagenti e dalla forza dell'azione verticale sulla superficie.
Formula di calcolo per la forza di attrito radente: F=ΜP, dove Μ è il coefficiente di proporzionalità (attrito radente), P è la forza della pressione verticale (normale).
Una delle forze trainanti è la forza di attrito radente, la cui formula è scritta usando la forza di reazione del supporto. A causa dell'adempimento della terza legge di Newton, le forze di pressione normale e la reazione del supporto sono le stesse in grandezza e opposte in direzione: Р=N.
Prima di trovare la forza di attrito, la cui formula assume una forma diversa (F=M N), determinare la forza di reazione.
Il coefficiente di resistenza allo scorrimento è introdotto sperimentalmente per due superfici di sfregamento, dipende dalla qualità della loro lavorazione e del materiale.
Tabella. Il valore del coefficiente di resistenza per varie superfici
| pp | Superfici interagenti | Valore del coefficiente di attrito radente |
| 1 | Acciaio+ghiaccio | 0, 027 |
| 2 | Rovere+quercia | 0, 54 |
| 3 | Pelle+ghisa | 0, 28 |
| 4 | Bronzo+ferro | 0, 19 |
| 5 | Bronzo+ghisa | 0, 16 |
| 6 | Acciaio+acciaio | 0, 15 |
La più grande forza di attrito statico, la cui formula è stata scritta sopra, può essere determinata allo stesso modo della forza di attrito radente.
Questo diventa importante quando si risolvono problemi per determinare la forza della resistenza di guida. Ad esempio, un libro, che viene mosso da una mano premuta dall' alto, scivola sotto l'azione della forza di resistenza a riposo che si crea tra la mano e il libro. La quantità di resistenza dipende dal valore della forza di pressione verticale sul libro.
Fenomeno in movimento
Il passaggio dei nostri antenati dai carri da traino ai carri è considerato rivoluzionario. L'invenzione della ruota è la più grande invenzione dell'umanità. L'attrito volvente che si verifica quando una ruota si muove su una superficie è significativamente inferiore alla resistenza allo scorrimento.
L'emergere di forze di attrito volvente è associato alle forze della normale pressione delle ruote sulla superficie, ha una natura che lo distingue dallo scorrimento. A causa della leggera deformazione della ruota, si creano diverse forze di pressione al centro dell'area formata e lungo i suoi bordi. Questa differenza di forze determina il verificarsi della resistenza al rotolamento.
La formula di calcolo per la forza di attrito volvente viene generalmente presa in modo simile al processo di scorrimento. La differenza si vede solo nei valori del coefficiente di resistenza aerodinamica.
La natura della resistenza
Quando cambia la rugosità delle superfici di sfregamento, cambia anche il valore della forza di attrito. Ad alto ingrandimento, due superfici a contatto sembrano protuberanze con picchi acuminati. Quando sono sovrapposte, sono le parti sporgenti del corpo che sono in contatto tra loro. L'area totale di contatto è insignificante. Quando ci si sposta o si tenta di muovere i corpi, i "picchi" creano resistenza. L'entità della forza di attrito non dipende dall'area delle superfici di contatto.
Sembra che due superfici perfettamente lisce non dovrebbero provare assolutamente alcuna resistenza. In pratica, la forza di attrito in questo caso è massima. Questa discrepanza è spiegata dalla natura dell'origine delle forze. Queste sono forze elettromagnetiche che agiscono tra gli atomi dei corpi interagenti.
I processi meccanici che non sono accompagnati da attrito in natura sono impossibili, perché la capacità di "spegnersi"non c'è interazione elettrica tra corpi carichi. L'indipendenza delle forze di resistenza dalla posizione reciproca dei corpi ci permette di chiamarli non potenziali.
È interessante notare che la forza di attrito, la cui formula cambia a seconda della velocità dei corpi interagenti, è proporzionale al quadrato della velocità corrispondente. Questa forza include la forza della resistenza viscosa in un fluido.
Movimento in liquidi e gas
Il movimento di un corpo solido in un liquido o gas, liquido vicino a una superficie solida è accompagnato da una resistenza viscosa. La sua presenza è associata all'interazione di strati fluidi trascinati da un corpo solido nel processo di movimento. Diverse velocità degli strati sono una fonte di attrito viscoso. La particolarità di questo fenomeno è l'assenza di attrito statico fluido. Indipendentemente dall'entità dell'influenza esterna, il corpo inizia a muoversi mentre è nel liquido.
A seconda della velocità del movimento, la forza di resistenza è determinata dalla velocità del movimento, dalla forma del corpo in movimento e dalla viscosità del fluido. Il movimento nell'acqua e nell'olio dello stesso corpo è accompagnato da una resistenza di diversa grandezza.
Per basse velocità: F=kv, dove k è il fattore di proporzionalità dipendente dalle dimensioni lineari del corpo e dalle proprietà del mezzo, v è la velocità del corpo.
La temperatura del fluido influisce anche sull'attrito al suo interno. In caso di gelo, l'auto viene riscaldata in modo che l'olio si riscaldi (la sua viscosità diminuisce) e aiuta a ridurre la distruzione delle parti del motore a contatto.
Avanza la velocità
Un aumento significativo della velocità del corpo può causare la comparsa di flussi turbolenti, mentre la resistenza aumenta notevolmente. I valori sono: il quadrato della velocità di movimento, la densità del mezzo e la superficie del corpo. La formula della forza di attrito assume una forma diversa:
F=kv2, dove k è il fattore di proporzionalità che dipende dalla forma del corpo e dalle proprietà del mezzo, v è la velocità del corpo.
Se il corpo è snello, la turbolenza può essere ridotta. La forma del corpo di delfini e balene è un perfetto esempio delle leggi della natura che influenzano la velocità degli animali.
Approccio energetico
Svolgere il lavoro di movimento del corpo è ostacolato dalla resistenza dell'ambiente. Quando usano la legge di conservazione dell'energia, dicono che la variazione dell'energia meccanica è uguale al lavoro delle forze di attrito.
Il lavoro della forza si calcola con la formula: A=Fscosα, dove F è la forza con cui il corpo si muove di una distanza s, α è l'angolo tra le direzioni della forza e dello spostamento.
Ovviamente, la forza di resistenza è opposta al movimento del corpo, da cui cosα=-1. Il lavoro della forza di attrito, la cui formula è Atr=- Fs, il valore è negativo. In questo caso, l'energia meccanica viene convertita in energia interna (deformazione, riscaldamento).
