Qual è il coefficiente di attrito?
L'attrito è la forza resistiva che produce calore generata dal movimento di due superfici a contatto l'una contro l'altra. È indirettamente il prodotto di una delle quattro forze fondamentali conosciute. L'attrito di un sistema è impossibile predeterminare rigorosamente dai primi principi teorici. Matematicamente, l'espressione per attrito include una singola costante che incorpora tutti i fattori causali - un coefficiente di attrito (COF), simboleggiato dalla lettera greca, μ. L'equazione è semplicemente scritta f x = μ x F, dove f x definisce la forma e la misura dell'attrito, mentre F è la forza perpendicolare o "normale" esercitata da entrambe le superfici, una sull'altra.
Tutti i coefficienti di attrito sono quantità scalari e senza dimensioni; i singoli fattori che contribuiscono resistono alla spiegazione o alla quantificazione complete. La forza fondamentale responsabile della maggior parte degli attriti è anche quella che consente la formazione di legami chimici: la forza elettrostatica. A prima vista, potrebbe sembrare che la gravità sia la fonte dell'attrito, poiché la forza verso il basso dovuta alla gravità è la fonte della variabile F. In realtà, tuttavia, il coefficiente è una misura della "viscosità" tra le due superfici, e ciò è determinato a livello microscopico dalle cariche elettriche che tendono a prevenire il movimento "legandole" insieme. Tale legame è una caratteristica degli adesivi utilizzati per cementare due superfici insieme.
Che questo sia il caso è ben illustrato dal moderno polimero, politetrafluoroetilene (PTFE). Meglio conosciuto con il suo marchio DuPont ™, Teflon®, PTFE mostra solo le forze elettrostatiche a dispersione londinese molto debolmente attraenti. Ciò conferisce al PTFE un coefficiente di attrito tra i "primi tre" noti - circa 0,05-0,10. Se il coefficiente di attrito fosse il prodotto della gravità, la chimica delle superfici non importerebbe e tali sostanze non sarebbero così importanti dal punto di vista economico.
Esistono modi per ridurre l'attrito senza, in un certo senso, cambiare i materiali con cui sono realizzate le superfici. Il coefficiente di attrito per un sistema può essere efficacemente ridotto fornendo un sottile strato di lubrificante. In alternativa, è spesso possibile ridurre l'attrito inserendo una coltre di gas tra le superfici, che riduce il peso apparente della superficie sulla parte superiore ed elimina i difetti di fabbricazione, come la rugosità della superficie. La variazione del peso effettivo riduce la forza normale, mentre la mancanza di difetti modifica il coefficiente di attrito; entrambi abbassano matematicamente la risultante forza di attrito. Gli ingegneri hanno utilizzato il fenomeno dello strato di gas per sviluppare hovercraft per viaggiare sia sulla superficie terrestre che acquatica.