A fricção é o processo físico sem o qual o próprio movimento em nosso mundo não poderia existir. Em física, para calcular o valor absoluto da força de atrito, é necessário conhecer um coeficiente especial para as superfícies de atrito consideradas. Como encontrar o coeficiente de atrito? Este artigo responderá a esta pergunta.
Atrito na física
Antes de responder a questão de como encontrar o coeficiente de atrito, é necessário considerar o que é o atrito e qual a força que o caracteriza.
Na física, existem três tipos desse processo que ocorre entre objetos sólidos. Este é o atrito de repouso, deslizamento e rolamento. O atrito sempre ocorre quando uma força externa tenta mover um objeto. O atrito de deslizamento, como o nome sugere, ocorre quando uma superfície desliza sobre outra. Finalmente, o atrito de rolamento ocorre quando um objeto redondo (roda, bola) rola em alguma superfície.
O que todos os tipos têm em comum é o fato de impedirem qualquer pessoamovimento e o ponto de aplicação de suas forças está na área de contato entre as superfícies de dois objetos. Além disso, todos esses tipos convertem energia mecânica em calor.
As forças de deslizamento e atrito estático são causadas pela rugosidade microscópica em superfícies que esfregam. Além disso, esses tipos são devidos a dipolo-dipolo e outros tipos de interações entre átomos e moléculas que formam corpos em atrito.
A causa do atrito de rolamento está relacionada à histerese da deformação elástica que aparece no ponto de contato entre o objeto rolante e a superfície.
Força de atrito e coeficiente de atrito
Todos os três tipos de forças de atrito sólido são descritos por expressões que têm a mesma forma. Aqui está ela:
Ft=µtN.
Aqui N é a força que atua perpendicularmente à superfície do corpo. Chama-se reação de apoio. O valor µt- é chamado de coeficiente do tipo de atrito correspondente.
Coeficientes de deslizamento e atrito de repouso são grandezas adimensionais. Isso pode ser entendido olhando para a igualdade da força de atrito e coeficiente de atrito. O lado esquerdo da equação é expresso em newtons, o lado direito também é expresso em newtons, pois N é uma força.
Quanto ao atrito de rolamento, o coeficiente para ele também será um valor adimensional, porém, é definido como a razão entre a característica linear da deformação elástica e o raio do objeto de rolamento.
Deve-se dizer que os valores típicos dos coeficientes de deslizamento e atrito de repouso são décimos de unidade. Para fricçãorolamento, este coeficiente corresponde a centésimos e milésimos de uma unidade.
Como encontrar o coeficiente de atrito?
Coeficiente µtdepende de uma série de fatores que são difíceis de serem considerados matematicamente. Listamos alguns deles:
- material das superfícies de atrito;
- qualidade da superfície;
- presença de sujeira, água e assim por diante;
- temperaturas da superfície.
Portanto, não existe fórmula para µt, e deve ser medida experimentalmente. Para entender como encontrar o coeficiente de atrito, ele deve ser expresso a partir da fórmula para Ft. Temos:
µt =Ft/N.
Acontece que para conhecer µt é necessário encontrar a força de atrito e a reação de apoio.
O experimento correspondente é realizado da seguinte forma:
- Pegue um corpo e um avião, por exemplo, feitos de madeira.
- Agarre o dinamômetro ao corpo e mova-o uniformemente sobre a superfície.
Ao mesmo tempo, o dinamômetro mostra alguma força, que é igual a Ft. A reação do solo é igual ao peso do corpo sobre uma superfície horizontal.
O método descrito permite que você entenda o que é o coeficiente de atrito estático e de deslizamento. Da mesma forma, você pode determinar experimentalmente µtrolling.
Outro método experimental para determinar µt é dado na forma de um problema no próximo parágrafo.
Problema para calcular µt
A viga de madeira está na superfície do vidro. Ao inclinar suavemente a superfície, descobrimos que o deslizamento da viga começa em um ângulo de inclinação de 15o. Qual é o coeficiente de atrito estático para um par de madeira-vidro?
Quando a viga estava em um plano inclinado em 15o, então a força de atrito de repouso para ela tinha um valor máximo. É igual a:
Ft=mgsin(α).
Força N é determinada pela fórmula:
N=mgcos(α).
Aplicando a fórmula para µt, obtemos:
µt=Ft/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).
Substituindo o ângulo α, chegamos à resposta: µt=0, 27.
