A fricção é um fenômeno que encontramos na vida cotidiana o tempo todo. É impossível determinar se o atrito é prejudicial ou benéfico. Dar um passo no gelo escorregadio parece ser uma tarefa difícil; andar em uma superfície de asf alto áspero é um prazer. As peças do carro sem lubrificação se desgastam muito mais rápido.
O estudo do atrito, o conhecimento de suas propriedades básicas permite que uma pessoa o use.
A força de atrito na física
A força decorrente do movimento ou tentativa de movimento de um corpo sobre a superfície de outro, dirigida contra a direção do movimento, aplicada a corpos em movimento, é chamada de força de atrito. O módulo da força de atrito, cuja fórmula depende de muitos parâmetros, varia de acordo com o tipo de resistência.
Os seguintes tipos de atrito são distinguidos:
• descanso;
• deslizamento;
• rolando.
Qualquer tentativa de mover um objeto pesado (armário, pedra) de seu lugar leva à tensão da força de uma pessoa. Ao mesmo tempo, nem sempre é possível colocar o objeto em movimento. O atrito do repouso interfere nisso.
Estado de repouso
Fórmula de cálculo para força de atrito estáticonão nos permite determiná-lo com precisão suficiente. Em virtude da terceira lei de Newton, a magnitude da força de resistência estática depende da força aplicada.
À medida que a força aumenta, também aumenta a força de atrito.
0 < Fproblema de descanso < Fmax
A fricção de repouso evita que os pregos cravados na madeira caiam; botões costurados com linha estão firmemente presos no lugar. Curiosamente, é a resistência do descanso que permite que uma pessoa ande. Além disso, é dirigido na direção do movimento humano, o que contradiz o estado geral das coisas.
Fenômeno de deslizamento
Quando a força externa que move o corpo aumenta para o valor da maior força de atrito estático, ele começa a se mover. A força de atrito de deslizamento é considerada no processo de deslizamento de um corpo sobre a superfície de outro. Seu valor depende das propriedades das superfícies que interagem e da força da ação vertical sobre a superfície.
Fórmula de cálculo para a força de atrito de deslizamento: F=ΜP, onde Μ é o coeficiente de proporcionalidade (atrito de deslizamento), P é a força de pressão vertical (normal).
Uma das forças motrizes é a força de atrito deslizante, cuja fórmula é escrita usando a força de reação do suporte. Devido ao cumprimento da terceira lei de Newton, as forças de pressão normal e a reação do suporte são as mesmas em magnitude e opostas em direção: Р=N.
Antes de encontrar a força de atrito, cuja fórmula assume uma forma diferente (F=M N), determine a força de reação.
O coeficiente de resistência ao deslizamento é introduzido experimentalmente para duas superfícies de atrito, dependendo da qualidade de seu processamento e material.
Tabela. O valor do coeficiente de resistência para várias superfícies
| pp | Superfícies de interação | Valor do coeficiente de atrito deslizante |
| 1 | Aço+gelo | 0, 027 |
| 2 | Carvalho+carvalho | 0, 54 |
| 3 | Couro+ferro fundido | 0, 28 |
| 4 | Bronze+ferro | 0, 19 |
| 5 | Bronze+ferro fundido | 0, 16 |
| 6 | Aço+aço | 0, 15 |
A maior força de atrito estático, cuja fórmula foi escrita acima, pode ser determinada da mesma forma que a força de atrito de deslizamento.
Isso se torna importante ao resolver problemas para determinar a força da resistência de condução. Por exemplo, um livro, que é movido por uma mão pressionada de cima, desliza sob a ação da força de resistência de repouso que surge entre a mão e o livro. A quantidade de resistência depende do valor da força de pressão vertical no livro.
Fenômeno do rolamento
A transição de nossos ancestrais de drags para carruagens é considerada revolucionária. A invenção da roda é a maior invenção da humanidade. O atrito de rolamento que ocorre quando uma roda se move sobre uma superfície é significativamente inferior em magnitude à resistência ao deslizamento.
O surgimento das forças de atrito de rolamento está associado às forças de pressão normal da roda sobre a superfície, tem uma natureza que a distingue do deslizamento. Devido à ligeira deformação da roda, surgem diferentes forças de pressão no centro da área formada e ao longo de suas bordas. Essa diferença de forças determina a ocorrência de resistência ao rolamento.
A fórmula de cálculo para a força de atrito de rolamento é geralmente tomada de forma semelhante ao processo de deslizamento. A diferença é vista apenas nos valores do coeficiente de arrasto.
A natureza da resistência
Quando a rugosidade das superfícies de atrito muda, o valor da força de atrito também muda. Em alta ampliação, duas superfícies em contato parecem saliências com picos pontiagudos. Quando sobrepostas, são as partes salientes do corpo que estão em contato umas com as outras. A área total de contato é insignificante. Ao mover ou tentar mover corpos, os "picos" criam resistência. A magnitude da força de atrito não depende da área das superfícies de contato.
Parece que duas superfícies perfeitamente lisas não devem experimentar absolutamente nenhuma resistência. Na prática, a força de atrito neste caso é máxima. Essa discrepância é explicada pela natureza da origem das forças. Estas são forças eletromagnéticas que atuam entre os átomos de corpos que interagem.
Processos mecânicos que não são acompanhados de atrito na natureza são impossíveis, pois a capacidade de "desligar"não há interação elétrica entre corpos carregados. A independência das forças de resistência da posição mútua dos corpos nos permite chamá-las de não-potenciais.
É interessante que a força de atrito, cuja fórmula muda dependendo da velocidade dos corpos que interagem, é proporcional ao quadrado da velocidade correspondente. Esta força inclui a força de resistência viscosa em um fluido.
Movimento em líquido e gás
O movimento de um corpo sólido em um líquido ou gás, líquido próximo a uma superfície sólida é acompanhado por resistência viscosa. Sua ocorrência está associada à interação de camadas fluidas arrastadas por um corpo sólido em processo de movimento. Diferentes velocidades de camada são uma fonte de atrito viscoso. A peculiaridade desse fenômeno é a ausência de atrito estático fluido. Independentemente da magnitude da influência externa, o corpo começa a se mover enquanto está no líquido.
Dependendo da velocidade do movimento, a força de resistência é determinada pela velocidade do movimento, a forma do corpo em movimento e a viscosidade do fluido. O movimento na água e no óleo do mesmo corpo é acompanhado por resistências de grandezas diferentes.
Para baixas velocidades: F=kv, onde k é o fator de proporcionalidade dependendo das dimensões lineares do corpo e das propriedades do meio, v é a velocidade do corpo.
A temperatura do fluido também afeta o atrito nele. Em tempo gelado, o carro é aquecido para que o óleo aqueça (sua viscosidade diminui) e ajuda a reduzir a destruição das peças do motor em contato.
Acelerar o movimento
Aumento significativo na velocidade do corpo pode causar o aparecimento de fluxos turbulentos, enquanto a resistência aumenta drasticamente. Os valores são: o quadrado da velocidade do movimento, a densidade do meio e a área de superfície do corpo. A fórmula da força de atrito assume uma forma diferente:
F=kv2, onde k é o fator de proporcionalidade dependendo da forma do corpo e das propriedades do meio, v é a velocidade do corpo.
Se o corpo for aerodinâmico, a turbulência pode ser reduzida. A forma do corpo de golfinhos e baleias é um exemplo perfeito das leis da natureza que afetam a velocidade dos animais.
Abordagem Energética
Fazer o trabalho de mover o corpo é dificultado pela resistência do ambiente. Ao usar a lei da conservação da energia, eles dizem que a variação da energia mecânica é igual ao trabalho das forças de atrito.
O trabalho da força é calculado pela fórmula: A=Fscosα, onde F é a força sob a qual o corpo se move uma distância s, α é o ângulo entre as direções da força e do deslocamento.
Obviamente, a força de resistência é oposta ao movimento do corpo, daí cosα=-1. O trabalho da força de atrito, cuja fórmula é Atr=- Fs, o valor é negativo. Neste caso, a energia mecânica é convertida em energia interna (deformação, aquecimento).
