Le forze di attrito

Le forze di attrito

Le forze di attrito sono tutte le forze che impediscono o limitano lo spostamento di un corpo a causa del suo contatto con una superficie. A secondo della loro intensità bloccano completamente quel corpo oppure ci permettono di averne il controllo, come le ruote di una bicicletta o di un auto che non slittano.

La forza è una grandezza fisica che causa lo spostamento, la compressione, l’allungamento o la deformazione di un corpo. Poiché può agire in punti e modi diversi, viene rappresentata da un vettore, una freccia orientata verso dove agisce tale forza.

Il fatto che bisogna usare una certa forza per spingere qualcosa è dovuta alla sua forza di attrito, la quale viene definita radiante se un corpo scorre su una superficie oppure volvente nel caso in cui l’oggetto rotola.

Forze di attrito statico e dinamico

Immaginiamo di volere spostare un tavolo. Esso esercita un certo peso sulla superficie in cui si trova dovuta all’attrazione di gravità verso il nostro pianeta. Allo stesso tempo, poiché si trova già a terra, il tavolo esercita una forza di reazione alla forza peso, una forza vincolare definita reazione normale.

L’intensità della reazione normale è uguale a quella della forza peso ma agisce verso l’esterno al tavolo in modo da annullare il suo peso ed evitare che il tavolo si schiacci. In genere, la forza peso viene indicata con il simbolo P mentre la forza vincolare dovuto ad un appoggio viene indicata con il simbolo N.

E’ possibile misurare l’intensità di una forza mediante il dinamometro agganciandolo ad un peso poggiato su un tavolo o su un’altra superficie. All’inizio anche se tiriamo il dinamometro e la molla al suo interno si allunga, il peso non si sposta. In questo caso, il dinamometro segna l’intensità della forza di attrito statico che viene indicata con la lettera Fs. Nel momento che il peso inizia a muoversi la forza di resistenza allo spostamento ha raggiunto il suo valore massimo, indicato con Fs max.

Si è riscontrato che raddoppiando il peso di un oggetto, raddoppiando così anche l’intensità della forza vincolare, raddoppia anche il limite massimo della forza di attrito. La stessa cosa accade se si triplica, si quadruplica o se si potesse dimezzare il peso di quell’oggetto. Pertanto, la reazione normale e il punto limite della forza statica sono direttamente proporzionali e il loro rapporto, chiamato con il nome di coefficiente di attrito statico e indicato con ks, è costante. Possiamo ricavare l’intensità massima applicando la seguente formula inversa:

  • Fs max / N = ks;
  • Fs max = ks ∙ N

La forza che supera di intensità quella della forza di attrito statico sposterà il corpo o l’oggetto. A quel punto, l’attrito non viene annullato ma semplicemente ridotto. Questo permette di avere sempre il controllo di ciò che stiamo spostando o muovendo, che si tratta dei nostri piedi, di un tavolo, un pallone o un’auto.

Questa nuova forza viene chiamata forza di attrito dinamico ed è anch’essa direttamente proporzionale alla forza vincolare che annulla il peso di quell’oggetto. Il loro rapporto viene chiamato coefficiente di attrito dinamico, sempre minore di quello statico, e la formula per ricavare tale forza è:

  • Fd = ks ∙ N

In questo caso non c’è un’intensità minima e una massima. Dopo essere riusciti a spostare un corpo, esso tenderà sempre a resistere alle sollecitazioni con la stessa intensità, indipendentemente da quanta forza useremo per spingerlo. Lo spostamento del corpo o dell’oggetto dipenderà, a quel punto, soltanto dalla forza che ci metteremo noi.