Fisica

Attrito
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L'attrito (o forza d'attrito) è una forza dissipativa che si esercita tra due superfici a contatto tra loro e si oppone al loro moto relativo. La forza d'attrito che si manifesta tra superfici in quiete tra loro è detta di attrito statico, tra superfici in moto relativo si parla invece di attrito dinamico.
Secondo l'interpretazione classica, esistono tre diversi tipi di attrito:
attrito radente: dovuto allo strisciamento (ad esempio, l'interazione tra due superfici piane che rimangono a contatto mentre scorrono l'una rispetto all'altra);
attrito volvente: dovuto al rotolamento (ad esempio, di un oggetto cilindrico su una superficie piana);
attrito viscoso: relativo a un corpo immerso in un fluido o a strati di uno stesso fluido in movimento con velocità diversa (attrito interno).
Ci sono diverse interpretazioni sulle cause di questa forza: la meccanica galileiana proponeva come causa dell'attrito radente le asperità tra le superfici a contatto; studi più recenti hanno dimostrato che l'attrito radente è dovuto soprattutto a fenomeni di adesione (legami chimici) tra le molecole che compongono le superfici a contatto.
Gli effetti dissipativi prodotti dall'attrito volvente sono in generale molto minori rispetto a quelli dovuti all'attrito radente. Da ciò derivano le applicazioni di ruote o rulli per il trasporto di oggetti pesanti che, se trascinati, richiederebbero molta più energia per essere spostati, e l'interposizione di cuscinetti a sfere tra perni e supporti.
Indice[nascondi]
1 Attrito radente
2 Attrito volvente
3 Attrito viscoso
4 Note
5 Voci correlate
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Attrito radente [modifica]

Grafico del valore della forza di attrito radente in funzione della forza applicata. Si noti il passaggio da attrito statico ad attrito dinamico, coincidente con l'inizio del moto del corpo
Si esercita tra le superfici di corpi solidi a contatto ed è espresso dalla formula:

dove Fr è la forza di attrito radente, μr il coefficiente di attrito radente e la componente perpendicolare al piano di appoggio della risultante delle forze agenti sul corpo. Per un corpo appoggiato su un piano orizzontale è semplicemente uguale a Fp , forza peso del corpo; per un corpo appoggiato su un piano inclinato di un angolo α rispetto all'orizzontale risulta invece
Il coefficiente d'attrito è una grandezza adimensionale e dipende dai materiali delle due superfici a contatto e dal modo in cui sono state lavorate. Il coefficiente di attrito statico µrs è sempre maggiore o uguale al coefficiente d'attrito dinamico µrd per le medesime superfici. Dal punto di vista microscopico, esso è dovuto alle forze di interazione tra gli atomi dei materiali a contatto.
La forza di attrito, definita dalla formula scritta più sopra, rappresenta la forza di attrito massima che si manifesta nel contatto tra due superfici. Se la forza motrice Fm è minore di µrs Fp, allora l'attrito è pari a Fm e il corpo non si muove; se Fm supera µrsFp, il corpo inizia a muoversi; per valori di Fm ancora maggiori, l'attrito (dinamico) è sempre costante e pari a µrd Fp.
Alcuni valori del coefficiente di attrito radente.[1]
Superfici
μrs (statico)
μrd (dinamico)
Legno - legno
0,50
0,30
Acciaio - acciaio
0,78
0,42
Acciaio - acciaio lubrificato
0,11
0,05
Acciaio - alluminio
0,61
0,47
Acciaio - ottone
0,51
0,44
Acciaio - teflon
0,04
0,04
Acciaio - ghiaccio
0,027
0,014
Acciaio - aria
0,001
0,001
Acciaio - piombo
0,90
n.d.
Acciaio - ghisa
0,40
n.d.
Acciaio - grafite
0,10
n.d.
Acciaio - plexiglas
0,80
n.d.
Acciaio - polistirene
0,50
n.d.
Rame - acciaio
1,05
0,29
Rame - vetro
0,68
0,53
Gomma - asfalto (asciutto)
1,0
0,8
Gomma - asfalto (bagnato)
0,7
0,6
Vetro - vetro
0,9 - 1,0
0,4
Legno sciolinato - neve
0,10
0,05

Attrito volvente [modifica]
L'attrito volvente si presenta quando un corpo cilindrico o una ruota rotola senza strisciare su una determinata superficie. Il rotolamento è reso possibile dalla presenza di attrito radente tra la ruota e il terreno; se questo attrito non ci fosse, o fosse minimo (come nel caso di un terreno ghiacciato), la ruota striscerebbe senza riuscire a rotolare.
Se si applica un momento alla ruota, essa inizia a rotolare senza strisciare fintanto che il momento applicato è minore di , dove R è il raggio della ruota. Se il momento supera questo valore, la forza motrice applicata alla superficie della ruota supera l'attrito statico massimo e la ruota slitta mentre rotola; è la classica "sgommata" ottenuta accelerando da fermi in modo repentino.
L'attrito volvente è determinato soprattutto dall'attrito sull'asse di rotazione della ruota e dall'area di contatto tra la ruota e il terreno: la rotazione causa una distribuzione della pressione, dovuta alla forza peso, non uniforme su tutta la superficie di contatto, perciò genera una forza normale che produce un momento opposto al verso del rotolamento. Questo tipo di attrito è espresso da un'equazione simile alla precedente,

A parità delle altre condizioni, la resistenza opposta dall'attrito volvente è tanto minore quanto maggiore è il raggio di curvatura del corpo che rotola.
Alcuni valori del coefficiente di attrito volvente.[2]
Superfici
μv
Legno - legno
0,005
Acciaio - acciaio
0,001
Gomma - asfalto
0,035

Attrito viscoso [modifica]
Quando un corpo si muove all'interno di un fluido~(liquido o gas) è soggetto ad una forza di attrito dovuta all'interazione del corpo con le molecole del fluido. Tale forza di attrito è legata ad un numero adimensionale detto numero di Reynolds:

in cui Rs è la dimensione caratteristica dell'oggetto, nel caso di un sistema isotropo il raggio della sfera, la sua velocità scalare, ρ la densità del liquido e η la viscosità del fluido.
Se il corpo si muove a bassa velocità, così che nel flusso prevalgano le forze di viscosità rispetto a quelle d'inerzia~(regime di Stokes) ovvero per Re <> 1), le forze d'inerzia prevalgono rispetto alla viscosità ed il moto relativo del fluido è detto laminare (per Re = 106) oppure turbolento~(per Re > 106). In tale caso è possibile approssimare la forza di attrito con la formula

dove S è l'area della sezione frontale del corpo e cr un coefficiente aerodinamico di resistenza (adimensionale) che tiene conto della forma e del profilo del corpo in moto nel fluido. I valori di cr riportati per una sfera variano tra 0,4 e 0,5, mentre si hanno valori maggiori di 1 per oggetti di forma irregolare. Per un profilo alare cr può anche essere significativamente minore di 0,1.