Forza d'attrito

 

Attrito radente statico

Supponiamo di applicare una forza non troppo intensa alla cattedra. Quello che notiamo è che, nonostante la presenza di una forza attiva, la cattedra non si muove, ossia siamo in presenza di una situazione di equilibrio. Questo vuol dire che esiste un'altra forza che agisce sulla cattedra e che è in grado di bilanciare la forza che noi applichiamo: questa forza è la forza di attrito statico. Se applichiamo una forza maggiore alla cattedra, notiamo che la cattedra rimane ancora in equilibrio. Ad un certo punto però, aumentando ulteriormente l'intensità della forza applicata, osserviamo che la cattedra comincia a muoversi. Da queste e altre osservazioni possiamo dedurre che le proprietà principali della forza d'attrito sono quelle di: 1) essere una forza resistente, ossia una forza che si oppone al moto, una forza che ha un effetto puramente passivo, 2) avere un'intensità che varia tra 0 e un valore massimo, uguale all'intensità della forza che dobbiamo applicare al corpo per metterlo in movimento.

Da quanto abbiamo detto sopra non esiste una formula che permette di quantificare in maniera del tutto generale la forza d'attrito. È possibile però esprimere tramite una formula quanto vale la forza d'attrito massima. In particolare, si può verificare sperimentalmente che su un piano orizzontale la forza d'attrito massima è direttamente proporzionale al peso F_P del corpo: F_s^max = μ_s · F_P. Questo significa che se raddoppiamo (triplichiamo) la forza peso F_P anche la forza d'attrito statico massima F_s^max raddoppia (triplica).

La costante di proporzionalità μ_s prende il nome di coefficiente di attrito statico (la lettera μ corrisponde alla mi dell'alfabeto greco). Tale coefficiente varia a seconda delle caratteristiche delle superfici a contatto. A livello microscopico infatti la forza d'attrito è dovuta al fatto che le superfici a contatto non sono mai perfettamente lisce ma presentano delle irregolarità e delle rugosità che costituiscono un ostacolo per il movimento. Maggiori sono queste irregolarità maggiore sarà il coefficiente di attrito statico.

Per riuscire a mettere in movimento un corpo dobbiamo riuscire a vincere preliminarmente la forza d'attrito, ossia dobbiamo riuscire ad applicare una forza F maggiore della forza d'attrito massima F_s^max. In questo caso infatti la risultante R delle forze è R = F - F_s^max > 0. Se invece la forza F è minore della forza d'attrito massima F < F_s^max, allora la forza d'attrito è uguale ed opposta alla forza attiva F e il corpo rimane in equilibrio.

Da queste considerazioni risulta facile trovare una possibile procedura per misurare il coefficiente di attrito statico: la forza di primo distacco, ossia la forza che dobbiamo applicare per mettere in movimento un corpo coincide con la forza d'attrito massima F_s^max. Misurando tale forza e il peso F_P dell'oggetto con un dinamometro, possiamo ricavarci il coefficiente d'attrito statico dal seguente rapporto μ_s = F_s^max / F_P. Essendo il rapporto tra due forze, ossia tra due grandezze omogenee, il coefficiente di attrito statico è un numero puro che varia a seconda delle superfici a contatto.