Força de atrito

A força de atrito () é uma força tangencial à trajetória e tem sempre sentido contrário ao

movimento ou à sua tendência e que surge devido à rugosidade (reentrâncias e saliências muitas vezes microscópicas) que surgem entre as superfícies que estão em contato.

 

Quando o atrito for estático ele se refere à corpos em repouso e chamaremos essa força de força de atrito estático ()

Quando o atrito for dinâmico ele se refere à corpos em movimento e chamaremos essa força de força de atrito dinâmico ()

Leis empíricas do atrito

 

A força de atrito se opõe ao movimento de um corpo que desliza apoiado sobre um plano”.

A força de atrito se opõe à tendência ao movimento de um corpo apoiado sobre um plano”.

A força de atrito é proporcional a força normal () que  o plano exerce sobre o corpo, ou seja,  = μ. ”.

Onde:

Fat  intensidade da força de atrito medida em newton (N) no SI.

μ coeficiente de atrito (grandeza adimensional, ou seja, não tem unidade, pois é a relação entre duas intensidades de forças μ =Fat/N).

N intensidade da reação normal de apoio medida em newton (N) no SI.

A intensidade da força de atrito, dentro de certos limites não depende da área aparente de contato”

Depois que o movimento foi iniciado, a força de atrito não depende da velocidade”

 Leia atentamente e procure entender as explicações baseadas na sequência abaixo:

Considere um bloco de massa m sobre um plano horizontal, sujeito a uma força externa F de intensidade variável.

Quando o corpo estiver em repouso e não houver força externa, Fat = 0

Com o corpo permanecendo em repouso, aumentando a intensidade da força externa , a intensidade da força de atrito estático também aumenta (figuras acima), até que o corpo fique na iminência de movimento (figura abaixo).

Na expressão acima, μe é coeficiente de atrito estático e N a intensidade da força normal, que o bloco troca com o plano.

Qualquer valor de força externa aplicada com intensidade maior ou igual a F3 faz com que o corpo entre em movimento e, a partir daí a força de atrito é dinâmica ou cinética.

Essa força de atrito dinâmico ou cinético que surge depois que o bloco entrou em movimento

é sempre a mesma, independente da velocidade e da força externa e sua intensidade é fornecida pela expressão: Fatd = μd.N

Na expressão acima, μd é coeficiente de atrito dinâmico e N a intensidade da força normal, que o bloco troca com o plano.

A intensidade da força de atrito dinâmica é ligeiramente menor que a intensidade da força de atrito estática máxima.

Exemplo numérico:

Suponha, nos exemplos acima, que se F1 tiver intensidade de 3N, Fat1 também terá intensidade de 3N e o corpo continua em repouso.

Se F2 = 5N, Fat2 = 5N e o corpo continua em repouso.

Se F3 = 7N, for a máxima intensidade de atrito estático, que corresponde à iminência de movimento, sua intensidade será dada por: Fatee.N

Onde, Fate é a intensidade da força de atrito estático máximo ou simplesmente força de atrito estático, μe é coeficiente de atrito estático e N a intensidade da força normal, que o bloco troca com o plano.

Portanto o bloco só entrará em movimento com qualquer força que seja maior ou igual a 7N.

Assim, se aplicarmos, por exemplo, 8N, 15N ou 20 N, o bloco entrará em movimento e agora a força de atrito será dinâmica e dada por: Fatdd.N.

Onde, Fatd é a força de atrito dinâmico, μd é o coeficiente de atrito dinâmico e N a intensidade da força normal, que o bloco troca com o plano.

Verifica-se experimentalmente que Fate > Fatd e que μe > μd.

O gráfico abaixo representa todo o processo explicado acima.

 

O que você deve saber, informações e dicas

 

Onde, Fate é a intensidade da força de atrito estático máximo ou simplesmente força de atrito estático, μe é coeficiente de atrito estático e N a intensidade da força normal, que o bloco troca com o plano.

Onde, Fatd é a força de atrito dinâmico, μd é o coeficiente de atrito dinâmico e N a intensidade da força normal, que o bloco troca com o plano.

Quando se referir ao coeficiente de atrito estático, μe, estará se referindo  à Fatemáximo e deverá se utilizar o μemáximo,

Constata-se experimentalmente que Fate > Fatd e que μe > μd, pois as reentrâncias e saliências das superfícies em contato estão mais encaixadas com o corpo em repouso, dificultando mais a movimentação.

Quando um exercício não fizer distinção entre os coeficientes de atrito estático e dinâmico (cinético), devemos supô-los iguais, ou seja, μe = μd .

O coeficiente de atrito e consequentemente a força de atrito não depende da área das superfícies que estão em contato.

Assim, não importa se os pneus de um mesmo carro sejam mais ou menos largos, a força de atrito é

a mesma, ou, se o mesmo bloco se desloca para a direita e qualquer uma das três posições acima, a força de atrito é a mesma.

Para um corpo de massa m apoiado ou se deslocando sobre um plano horizontal a intensidade da força de atrito estático ou dinâmico será fornecida por:

O coeficiente de atrito depende apenas das superfícies que estão em contato.

Assim, o mesmo bloco sobre a mesma mesa terão o mesmo coeficiente de atrito μ na Terra ou na

Lua. Mas, a força de atrito Fat na Terra, sobre o mesmo bloco será maior do que na Lua, pois gT > gL.

Para que um veículo se mova em alta velocidade deve ter sua resistência do ar diminuída, por isso devem ser baixos e largos e deve aumentar a força vertical para baixo (compressão com o solo), originada entre outros, pelos aerofólios.

Os aerofólios nos carros, o contrário dos aviões, são voltados para cima (veja primeira figura abaixo) de modo que o ar que flui por baixo sofra menor pressão do que o que passa por cima.

Assim, o ar que flui na parte superior cria uma pressão aerodinâmica que mantém o veículo colado ao solo e com maior estabilidade nas curvas, gerando uma força vertical para baixo que muitas vezes chega a ser quatro vezes maior que o peso do próprio carro.

 Como o peso do carro aumenta, a força normal N que ele troca com o solo também aumenta fazendo com que a força de atrito com o solo aumente, pois Fat = μN= μP, provocando assim maior aderência ao solo.

A maioria dos carros de corrida possui aerofólios traseiros e dianteiros.

Muitas vezes a força de atrito ajuda no deslocamento, como por exemplo:

É graças à força de atrito que andamos. O pé, em contato com o solo empurra-o para trás com força de intensidade Fat e o solo, pelo princípio da ação e reação,reage sobre o pé e

consequentemente sobre nós com força de mesma intensidade Fat empurrando-nos para a frente.

Se o solo estiver muito liso ou com óleo ou estivermos sobre uma pista de gelo, o atrito fica desprezível,  não surgem forças de atrito e, ao tentar andar,escorregamos e caímos.

Em rodas com tração a força de atrito sobre o móvel é a favor do movimento

Em rodas sem tração, com o veículo se movendo para a esquerda, no ponto de contato da roda com o solo, devido ao atrito, a roda tenta puxar o solo para a esquerda e o solo reage sobre a roda e

consequentemente sobre o carro, no ponto de contato, com força contrária (para a direita) de intensidade Fat, fazendo com que ela gire no sentido anti horário, pois deve acompanhar o carro.

Ou ainda, em rodas sem tração, por inércia a roda tende a ficar parada, mas como ela deve acompanhar o carro, ela deve girar.

Em rodas sem tração a força de atrito sobre o móvel é contrária ao movimento.

Os freios antitravamento (ABS, anti-lock braking system) ajudam a parar melhor o carro   eles

eles previnem o travamento das rodas e proporcionam uma distância de frenagem mais curta em superfícies escorregadias, evitando o descontrole do veículo.

Ele mantém as rodas sempre na iminência de deslizar, aproveitando melhor o atrito estático máximo, que é maior que o atrito cinético (de deslizamento).

Quando a força aplicada pelos freios através da pressão aplicada no pedal chega aumentada até as rodas, estando elas na iminência de movimento (força de atrito de destaque), o sistema ABS libera instantaneamente a roda impedindo seu travamento e mantendo assim a força de atrito máxima (força de atrito de destaque) que é superior à força de atrito cinética ou dinâmica que surgiria, caso ele deslizasse.

O processo é repetido instantânea e sucessivamente conforme o gráfico acima.

Confira os exercícios com resoluções comentadas