Forza di attrito statica: coefficiente, esempi
La forza di attrito che agisce su superfici a contatto in stato di quiete è detta forza di attrito statica. La forza di attrito statica è uguale e opposta alla forza applicata, dipende dalla rugosità della superficie e indipendente dalla superficie di contatto tra le due superfici. In altre parole, l’attrito statico è una forza che mantiene un oggetto a riposo.
Si consideri un corpo fermo su un piano orizzontale: applicando una piccola forza il corpo non si muove se essa è equilibrata dalla forza di attrito opposta esercitata dal piano sul corpo agente sulla superficie di contatto.
Se si aumenta la forza applicata il corpo si muove ed esiste una determinata forza per la quale il corpo inizia il suo movimento. La forza di attrito statico è quindi uguale all’intensità della forza che dobbiamo applicare al corpo per metterlo in movimento.
Pertanto la massima forza statica di attrito è pari alla più piccola forza per iniziare il moto.
Le forze che agiscono sul corpo in stato di quiete sono la forza peso diretta verso il basso e la forza normale detta reazione vincolare diretta verso l’alto. Le due forze hanno lo stesso modulo, la stessa direzione ma verso opposto.
Applicando una forza sul corpo agiscono le due forze menzionate, quella applicata e quella di attrito. Le leggi classiche dell’attrito radente furono scoperte da Leonardo da Vinci nel 1493
Caratteristiche
La forza di attrito statica è:
-una forza resistente
-dipendente dalla rugosità dei due corpi essendo la rugosità la proprietà che ha una superficie di un corpo costituita da piccole imperfezioni che si presentano generalmente in forma di solchi o scalfitture, di forma, profondità e direzione variabili
-indipendente dalla superficie di contatto
-proporzionale alla forza normale
Coefficiente di attrito statico
Il rapporto tra il valore massimo della forza di attrito statico fs e il valore della forza normale N è detto coefficiente di attrito statico e indicato con μs .
Quindi f s ≤ μ s N
Si verifica che fs = μs N solo quando fs raggiunge il suo valore massimo.
Allora μ s = f s / N
Esso, essendo il rapporto tra due forze, è un numero adimensionale che varia a seconda delle superfici a contatto. È una grandezza scalare, il che implica che la direzione della forza non deve influenzare la grandezza fisica. Il valore del coefficiente di attrito statico dipende dagli oggetti che causano attrito.
Il suo valore è generalmente compreso tra 0 e 1, ma può essere maggiore di 1. Il valore uguale a 0 significa che non c’è attrito tra due oggetti. Tutti gli oggetti avranno un po’ di attrito quando entrano in contatto tra loro. Il valore uguale a 1 significa che la forza di attrito è uguale alla forza normale.
Spesso si pensa erroneamente che il coefficiente di attrito sia limitato a valori compresi tra zero e uno. Un coefficiente di attrito maggiore di uno significa semplicemente che la forza di attrito è più forte della forza normale, come la gomma siliconica, può avere un coefficiente di attrito statico molto maggiore di uno.
Vantaggi e svantaggi
La presenza di attrito statico offre il vantaggio di:
- rendere possibile il movimento su una superficie quindi consente di camminare e scrivere
- impedire lo scivolamento e quindi una scala può essere poggiata a una parete
Il maggiore svantaggio è relativo alla maggiore forza da applicare per spingere o tirare un corpo
Esercizi sulla forza di attrito statica
Una forza di 5500 N viene applicata a una slitta. Gli sci della slitta hanno un coefficiente di attrito statico μ s con la neve pari a 0.75. Calcolare la forza di attrito statica massima e la forza applicata è sufficiente a superarla se la slitta completamente carica ha una massa di 700 kg.
f s = μ sN = μ smg = 0.70 (700 kg) (9.8 ) = 5145 N
Poiché la forza applicata è inferiore a quella necessaria a superare la forza di attrito statica la slitta non si muove
Calcolare il coefficiente di attrito statico se la forza normale e quella di attrito statica sono rispettivamente 50 N e 80 N
μ s = f s / N = 80/50 = 1.6
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il 23 Ottobre 2021