Che cosa è l'attrito statico?

Attrito statico è una forza che si oppone al movimento dei due oggetti uno contro l'altro quando gli oggetti sono inizialmente a riposo. Un semplice esempio è un blocco di legno seduto su una rampa - una forza deve essere applicato per rendere la diapositiva blocco lungo la rampa. Un altro termine, attrito cinetico, si applica la forza che si oppone oggetti che sono già muovendo uno contro l'altro. La forza di queste forze può essere calcolata ed è noto come coefficiente di attrito. In situazioni reali, il coefficiente di attrito statico è quasi sempre risulta essere superiore a quello per cinetica, ma in esperimenti attentamente controllati, in cui le superfici degli oggetti sono stati accuratamente puliti, i due sono generalmente la stessa.

Tipicamente, come la forza applicata ad un oggetto su una superficie aumenta, la forza di attrito statico inizialmente aumenterà a corrispondere, in modo che l'oggetto non si muove. Dopo un certo punto, tuttavia, l'oggetto inizierà in movimento, ea questo punto, la forza di attrito scenderà, di modo che è necessario meno forza per mantenere l'oggetto in movimento. Ad esempio, la forza di attrito può corrispondere alla forza applicata fino a 50 newton - forza è misurata in newton (N) -, ma successivamente, si può scendere a 40 N. Quindi, una forza di poco più di 50 N è richiesta per ottenere l'oggetto in movimento, ma da allora in poi, a poco più di 40 N sarà sufficiente.

Calcolo del coefficiente

Coefficienti di attrito statici possono essere calcolati per qualsiasi materiale solido o coppia di materiali. Un valore del coefficiente potrebbe pertanto applicarsi al legno su legno, acciaio su acciaio, o acciaio su legno. Un modo di calcolare il valore per una coppia di materiali è quello di mettere un blocco di un materiale su una rampa fatta dell'altro - per un singolo materiale, il blocco e la rampa sarebbero fatti della stessa sostanza. La pendenza della rampa è gradualmente aumentata, finché il blocco scivola. L'angolo a cui questo avviene può quindi essere utilizzata per calcolare il coefficiente di attrito statico.

Il coefficiente, quando usato in formule ed equazioni, viene dato il simbolo μ - la lettera greca mu. Un indice è solitamente utilizzato per distinguere i due: μ s indica attrito statico, mentre k μ significa attrito dinamico. Ad esempio, la μ s per acciaio su acciaio è 0,74, mentre il k μ per questo materiale è 0.57. Questi valori sono tipiche situazioni reali, e possono variare un po ', a seconda delle circostanze. Poiché il valore μ s può essere influenzata da irregolarità superficiali, sporco e tracce di altre sostanze, il valore k μ è considerato più accurato, ed è quella normalmente determinata quando si richiede una semplice coefficiente di attrito.

Fattori che influenzano Friction

Un certo numero di fattori contribuiscono ad attrito statico, ma solitamente la più importante è la rugosità delle superfici. Anche quando lisciato giù, diversi materiali variano in termini di fini dettagli delle loro superfici. In termini pratici, nessuna superficie è completamente liscia, ma alcuni avrà irregolarità maggiori rispetto ad altri. La differenza è evidente, in alcuni casi: per esempio, un foglio di seta ha una struttura molto regolare che crea meno attrito, mentre una strada asfaltata asciutta è grossolana, generando più resistenza al movimento. Altri fattori includono attrazione elettrostatica e tipi di legami chimici deboli che possono formare tra superfici.

Esempi

Molte persone hanno familiarità con attrito statico, dato che incontrano su base quasi giornaliera; per esempio, è al lavoro quando qualcuno scivola un libro su un tavolo. Inizialmente, una piccola quantità di forza deve essere esercitata per ottenere il libro di muoversi, ma una volta che si muove, attrito cinetico entra in gioco, e verrà richiesto meno sforzo per spostarlo. La quantità di forza richiesta può variare secondo le circostanze. Ad esempio, se un libro ha un coperchio libreria su di esso e si bagnò, il libro bagnato richiederà più forza per spostare, mentre un nuovo libro tascabile marca può scorrere facilmente attraverso una tabella di legno secco con una superficie verniciata.

Tabelle di coefficienti di attrito statico e cinetiche sono disponibili per molti materiali e combinazioni comuni loro. Un valore più elevato indica una maggiore attrito, di modo che più forza deve essere applicato per causare il movimento. Ad esempio, la μ s per l'alluminio su alluminio è 1,05-1,35, che è molto alto, mentre il valore di politetrafluoroetilene (PTFE) in PTFE è 0,04, che è estremamente basso e rende molto scivolosa. È difficile spingere una macchina ferma in moto a causa dell'attrito intenzionale tra i pneumatici e la terra; questo consente al guidatore maggiore controllo e rende la vettura meno probabilità di sbandare.

Calcolo di frenatura Distanza

Un esempio di applicazione di attrito statico è calcolo della distanza di rottura per una macchina ad una data velocità e in condizioni particolari. In circostanze normali, quando le gomme si rivolgono sulla strada, statico, piuttosto che cinetico, l'attrito, si applica. La μ s uno pneumatico secca su strada asciutta è di circa 1,00, mentre il valore di un pneumatico bagnato su strade bagnate è solo 0,2 - questo significa che la distanza rottura sarà cinque volte maggiore in condizioni di bagnato. In condizioni di asciutto, una macchina che viaggia a 31 miglia all'ora (50 km orari) ha una distanza di frenata di 33 piedi (10 metri), mentre in condizioni di bagnato, la distanza di frenata sarebbe 164 piedi (50 metri). Quando i pneumatici sono scorrevoli, piuttosto che rotolando, lungo la superficie - come potrebbe essere il caso in presenza di ghiaccio - è attrito cinetico che è importante.

  • Una macchina sperimenta un sacco di attrito statico quando si muove.
  • Materiali lisci come la seta creano meno attrito rispetto ai materiali più ruvidi.