Cos'è l'attrito statico?

L'attrito statico è una forza che resiste al movimento di due oggetti l'uno contro l'altro quando gli oggetti sono inizialmente a riposo. Un semplice esempio è un blocco di legno seduto su una rampa: è necessario applicare una forza per far scivolare il blocco lungo la rampa. Un altro termine, l'attrito cinetico, si applica alla forza che si oppone agli oggetti che si stanno già muovendo l'uno contro l'altro. La forza di queste forze può essere calcolata ed è noto come coefficiente di attrito. In situazioni di vita reale, il coefficiente di attrito statico è quasi sempre più grande di quello per la cinetica, ma in esperimenti attentamente controllati, in cui le superfici degli oggetti sono state pulite a fondo, i due sono generalmente uguali. Dopo un certo punto, tuttavia, l'oggetto inizierà a muoversi e, a questo punto, la forza di attrito wcaduta, in modo che sia necessaria meno forza per mantenere l'oggetto in movimento. Ad esempio, la forza di attrito può corrispondere alla forza applicata fino a 50 newton - la forza viene misurata in newton (N) - ma in seguito, può scendere a 40 N. Pertanto, è necessaria una forza di poco più di 50 N per far muovere l'oggetto, ma in seguito, poco più di 40 N sarà sufficiente.

Calcolo del coefficiente

I coefficienti di attrito statico possono essere calcolati per qualsiasi materiale solido o coppia di materiali. Un valore di coefficiente potrebbe quindi applicarsi al legno su legno, acciaio su acciaio o acciaio su legno. Un modo per calcolare il valore per una coppia di materiali è quello di posizionare un blocco di un materiale su una rampa fatta dell'altro - per un singolo materiale, il blocco e la rampa sarebbero fatti della stessa sostanza. La pendenza sulla rampa viene gradualmente aumentata, fino a quando il blocco scivola verso il basso. L'angolo in cui ciò accade può quindi essere noied per calcolare il coefficiente di attrito statico.

Il coefficiente, se usato in formule ed equazioni, viene dato il simbolo μ - la lettera greca MU. Di solito viene impiegato un pedice per distinguere i due: μ _s indica l'attrito statico, mentre μ _{k significa attrito cinetico. Ad esempio, μ s per acciaio su acciaio è 0,74, mentre μ k per questo materiale è 0,57. Questi valori sono per situazioni tipiche della vita reale e possono variare un po ', a seconda delle circostanze. Poiché il valore μ s può essere influenzato da irregolarità superficiali, sporcizia e tracce di altre sostanze, il valore μ k}

Fattori che influenzano l'attrito

Una serie di fattori contribuisce all'attrito statico, ma di solito il più importante è la rugosità delle superfici. Anche se levigato, diversoI materiali varieranno in termini di dettagli fini delle loro superfici. In termini pratici, nessuna superficie è completamente liscia, ma alcuni avranno irregolarità più grandi di altri. La differenza è ovvia, in alcuni casi: ad esempio, un foglio di seta ha una consistenza molto liscia che crea meno attrito, mentre una strada asfaltata secca è grossolana, generando più resistenza al movimento. Altri fattori includono l'attrazione elettrostatica e i tipi di legami chimici deboli che possono formarsi tra le superfici.

Esempi

Molte persone hanno familiarità con l'attrito statico, poiché lo incontrano su base quasi quotidiana; Ad esempio, è al lavoro quando qualcuno fa scorrere un libro su un tavolo. Inizialmente, è necessario esercitare una piccola quantità di forza per far muovere il libro, ma una volta che si muove, l'attrito cinetico entra in gioco e sarà necessario meno sforzi per spostarlo. La quantità di forza richiesta può variare in base alle circostanze. Ad esempio, se un libro ha una copertina di biblioteca e si è umida, ilIl libro bagnato richiederà più forza per muoversi, mentre un nuovo libro in brossura potrebbe scivolare molto facilmente su un tavolo di legno secco con una superficie verniciata.

Tabelle di coefficienti di attrito statico e cinetico sono disponibili per molti materiali e combinazioni comuni. Un valore più elevato indica un maggiore attrito, in modo da applicare più forza per causare il movimento. Ad esempio, μ _{s per l'alluminio sull'alluminio è 1,05 - 1,35, il che è molto alto, mentre il valore per il politetrafluoroetilene (PTFE) su PTFE è 0,04, che è estremamente basso e lo rende molto scivoloso. È difficile mettere in moto un'auto fermata a causa dell'attrito intenzionale tra le gomme e il terreno; Ciò consente al conducente più controllo e rende l'auto meno probabile di slittare.}

Calcolo della distanza di frenata

Un esempio dell'applicazione dell'attrito statico è nel calcolo della distanza di rottura per un'auto a una determinata velocità e in condizioni particolari. In circosta di normaliNCE, quando le gomme si accendono sulla strada, statica, piuttosto che cinetica, attrito, si applica. Μ _{s per una gomma asciutta su una strada secca è di circa 1,00, mentre il valore per una gomma bagnata su una strada bagnata è solo 0,2 - ciò significa che la distanza di rottura sarà cinque volte maggiore in condizioni umide. In condizioni asciutte, un'auto che viaggia a 31 miglia all'ora (50 km / h) ha una distanza di frenata di 33 piedi (10 metri), mentre in condizioni umide, la distanza di frenata sarebbe di 164 piedi (50 metri). Quando le gomme sono scivolate, piuttosto che rotolare, lungo la superficie - come potrebbe essere il caso in condizioni ghiacciate - è un attrito cinetico che è importante.}