O que é atrito estático?
O atrito estático é uma força que resiste ao movimento de dois objetos um contra o outro quando os objetos estão inicialmente em repouso. Um exemplo simples é um bloco de madeira em uma rampa - é necessário aplicar uma força para fazer o bloco deslizar pela rampa. Outro termo, atrito cinético, aplica-se à força que se opõe a objetos que já estão se movendo um contra o outro. A força dessas forças pode ser calculada e é conhecida como coeficiente de atrito. Em situações da vida real, o coeficiente de atrito estático quase sempre é maior do que o da cinética, mas em experimentos cuidadosamente controlados, nos quais as superfícies dos objetos foram completamente limpas, os dois geralmente são os mesmos.
Normalmente, à medida que a força aplicada a um objeto em uma superfície aumenta, a força de atrito estático aumenta inicialmente para corresponder a ele, para que o objeto não se mova. Após um certo ponto, no entanto, o objeto começará a se mover e, nesse ponto, a força de atrito cairá, de modo que menos força seja necessária para manter o objeto em movimento. Por exemplo, a força de atrito pode corresponder à força aplicada em até 50 newtons - a força é medida em newtons (N) - mas, posteriormente, pode cair para 40 N. Portanto, é necessária uma força de pouco mais de 50 N para obter o objeto em movimento, mas a partir de então, pouco mais de 40 N será suficiente.
Cálculo do coeficiente
Os coeficientes de atrito estático podem ser calculados para qualquer material sólido ou par de materiais. Um valor de coeficiente pode, portanto, aplicar-se à madeira sobre madeira, aço sobre aço ou aço sobre madeira. Uma maneira de calcular o valor de um par de materiais é colocar um bloco de um material em uma rampa feita com o outro - para um único material, o bloco e a rampa seriam feitos da mesma substância. A inclinação da rampa aumenta gradualmente, até que o bloco deslize para baixo. O ângulo em que isso acontece pode ser usado para calcular o coeficiente de atrito estático.
O coeficiente, quando usado em fórmulas e equações, recebe o símbolo μ - a letra grega mu. Um subscrito é geralmente empregado para distinguir os dois: μs indica atrito estático, enquanto μk significa atrito cinético. Por exemplo, os µs para aço no aço são 0,74, enquanto os µk para este material são 0,57. Esses valores são para situações típicas da vida real e podem variar um pouco, dependendo das circunstâncias. Como o valor de μs pode ser afetado por irregularidades da superfície, sujeira e traços de outras substâncias, o valor de μk é considerado mais preciso e geralmente é o dado quando é necessário um simples coeficiente de atrito.
Fatores que afetam o atrito
Vários fatores contribuem para o atrito estático, mas geralmente o mais importante é a rugosidade das superfícies. Mesmo quando suavizados, diferentes materiais variam em termos de detalhes finos de suas superfícies. Em termos práticos, nenhuma superfície é completamente lisa, mas algumas terão irregularidades maiores que outras. A diferença é óbvia, em alguns casos: por exemplo, um lençol de seda tem uma textura muito suave que cria menos atrito, enquanto uma estrada de asfalto seca é grossa, gerando mais resistência ao movimento. Outros fatores incluem a atração eletrostática e os tipos de ligações químicas fracas que podem se formar entre as superfícies.
Exemplos
Muitas pessoas estão familiarizadas com o atrito estático, uma vez que o encontram quase diariamente; por exemplo, está funcionando quando alguém desliza um livro sobre uma mesa. Inicialmente, uma pequena quantidade de força precisa ser exercida para que o livro se mova, mas, uma vez que ele se move, o atrito cinético entra em ação, e menos esforço será necessário para movê-lo. A quantidade de força necessária pode variar de acordo com as circunstâncias. Por exemplo, se um livro tiver uma capa de biblioteca e ficar úmido, o livro úmido exigirá mais força para se mover, enquanto um novo livro de bolso pode deslizar muito facilmente por uma mesa de madeira seca com uma superfície envernizada.
Tabelas de coeficientes de atrito estático e cinético estão disponíveis para muitos materiais comuns e combinações dos mesmos. Um valor mais alto indica maior atrito, de modo que mais força precisa ser aplicada para causar movimento. Por exemplo, os µs para o alumínio no alumínio são 1,05 - 1,35, o que é muito alto, enquanto o valor do politetrafluoretileno (PTFE) no PTFE é 0,04, o que é extremamente baixo e o torna muito escorregadio. É difícil colocar um carro parado em movimento por causa do atrito intencional entre os pneus e o solo; isso permite que o motorista tenha mais controle e reduz a probabilidade de o carro derrapar.
Cálculo da distância de frenagem
Um exemplo da aplicação do atrito estático é o cálculo da distância de ruptura de um carro a uma determinada velocidade e em condições particulares. Em circunstâncias normais, quando os pneus estão girando na estrada, aplica-se atrito estático, em vez de cinético. Os μs para um pneu seco em uma estrada seca são cerca de 1,00, enquanto o valor para um pneu molhado em uma estrada molhada é de apenas 0,2 - isso significa que a distância de ruptura será cinco vezes maior em condições molhadas. Em condições secas, um carro viajando a 50 km / h tem uma distância de frenagem de 10 metros, enquanto em condições molhadas, a distância de frenagem é de 50 metros. Quando os pneus estão deslizando, ao invés de rolar, ao longo da superfície - como pode ser o caso em condições de gelo - é o atrito cinético que é importante.