Todo aluno sabe que quando há contato entre duas superfícies sólidas, surge a chamada força de atrito. Vamos considerar neste artigo o que é, focando no ponto de aplicação da força de atrito.
Que tipos de força de atrito existem?
Antes de considerar o ponto de aplicação da força de atrito, é necessário relembrar brevemente quais tipos de atrito existem na natureza e na tecnologia.
Vamos começar a considerar o atrito estático. Este tipo caracteriza o estado de um corpo sólido em repouso sobre alguma superfície. O atrito de repouso evita qualquer deslocamento do corpo de seu estado de repouso. Por exemplo, devido à ação dessa mesma força, é difícil para nós mover um armário que está no chão.
O atrito de deslizamento é outro tipo de atrito. Ela se manifesta no caso de contato entre duas superfícies deslizando uma sobre a outra. O atrito de deslizamento se opõe ao movimento (a direção da força de atrito é oposta à velocidade do corpo). Um exemplo notável de sua ação é um esquiador ou patinador deslizando no gelo na neve.
Finalmente, o terceiro tipo de atrito é o rolamento. Sempre existe quando um corpo rola na superfície de outro. Por exemplo, o rolamento de uma roda ou rolamentos são os principais exemplos em que o atrito de rolamento é importante.
Os dois primeiros tipos descritos surgem devido à rugosidade nas superfícies de atrito. O terceiro tipo surge devido à histerese de deformação do corpo rolante.
Pontos de aplicação das forças de atrito de deslizamento e repouso
Foi dito acima que o atrito estático impede a força externa atuante, que tende a mover o objeto ao longo da superfície de contato. Isso significa que a direção da força de atrito é oposta à direção da força externa paralela à superfície. O ponto de aplicação da força de atrito considerada é na área de contato entre duas superfícies.
É importante entender que a força de atrito estático não é um valor constante. Tem um valor máximo, que é calculado usando a seguinte fórmula:
Ft=µtN.
No entanto, este valor máximo aparece apenas quando o corpo inicia seu movimento. Em qualquer outro caso, a força de atrito estático é exatamente igual em valor absoluto à superfície paralela da força externa.
Quanto ao ponto de aplicação da força de atrito deslizante, não difere do ponto de atrito estático. Falando sobre a diferença entre atrito estático e deslizante, o significado absoluto dessas forças deve ser observado. Assim, a força de atrito de deslizamento para um determinado par de materiais é um valor constante. Além disso, é sempre menor que a força máxima de atrito estático.
Como você pode ver, o ponto de aplicação das forças de atrito não coincide com o centro de gravidade do corpo. Isso significa que as forças consideradas criam um momento que tende a derrubar o corpo deslizante para frente. Este último pode ser observado quando o ciclista freia forte com a roda dianteira.
Frito de rolamento e seu ponto de aplicação
Como a causa física do atrito de rolamento é diferente daquela para os tipos de atrito discutidos acima, o ponto de aplicação da força de atrito de rolamento tem um caráter ligeiramente diferente.
Assuma que a roda do carro está no asf alto. É óbvio que esta roda está deformada. A área de seu contato com o asf alto é igual a 2dl, onde l é a largura da roda, 2d é o comprimento do contato lateral da roda com o asf alto. A força de atrito de rolamento, em sua essência física, se manifesta na forma de um momento de reação do suporte direcionado contra a rotação da roda. Este momento é calculado da seguinte forma:
M=Nd
Se dividirmos e multiplicarmos pelo raio da roda R, teremos:
M=Nd/RR=FtR onde Ft=Nd/R
Assim, a força de atrito de rolamento Ft é na verdade a reação do suporte, criando um momento de força que tende a desacelerar a rotação da roda.
O ponto de aplicação desta força é direcionado verticalmente para cima em relação à superfície do plano e é deslocado para a direita do centro de massa por d (assumindo que a roda se move da esquerda para a direita).
Exemplo de resolução de problemas
Açãoforça de atrito de qualquer tipo tende a desacelerar o movimento mecânico dos corpos, enquanto converte sua energia cinética em calor. Vamos resolver o seguinte problema:
barra desliza sobre uma superfície inclinada. É necessário calcular a aceleração de seu movimento se for conhecido que o coeficiente de deslizamento é 0,35, e o ângulo de inclinação da superfície é 35o.
Vamos considerar quais forças atuam na barra. Primeiro, o componente de gravidade é direcionado para baixo ao longo da superfície de deslizamento. É igual a:
F=mgsen(α)
Segundo, uma força de atrito constante atua para cima ao longo do plano, que é direcionado contra o vetor aceleração do corpo. Pode ser determinado pela fórmula:
Ft=µtN=µtmgcos (α)
Então a lei de Newton para uma barra se movendo com aceleração a terá a forma:
ma=mgsin(α) - µtmgcos(α)=>
a=gsin(α) - µtgcos(α)
Substituindo os dados em igualdade, obtemos que a=2,81 m/s2. Observe que a aceleração encontrada não depende da massa da barra.
