Força de Atrito

A força de atrito é uma força que faz resistência ao movimento do corpo e atua sempre em paralelo ao movimento e esta força surge devido à rugosidade das superfícies que estão em contato. E é uma força proporcional à força Normal.

Resumindo:

• Opõe-se ao movimento;
• Depende da rugosidade e a natureza das superfícies (coeficiente de rugosidade)
• É proporcional à força Normal;
• Transforma a energia cinética em energia calorífica (dissipada ao meio ambiente).

A força de atrito é calculada pela seguinte equação:

Onde:

μ: coeficiente de atrito (adimensional)

N: Força normal (N)

Temos duas situações:

Força de atrito estático: quando o corpo estiver sem deslizamento (em repouso);

A força de atrito estático máxima é igual à força mínima necessária para iniciar o movimento de um corpo.

Quando um corpo não está em movimento, a força de atrito deve ser maior que a força aplicada; neste caso, é usado no cálculo um coeficiente de atrito estático: μ_e

Então:

Força de atrito dinâmico: quando o corpo está em movimento.

Aplica-se uma força (empurrando, ou puxando) sobre o corpo para que este entre em movimento; para que o corpo entre em movimento a força aplicada deve ser superior à força de atrito estático.

Quando a força de atrito estático for ultrapassada pela força aplicada ao corpo, este entrará em movimento, e passaremos a considerar sua força de atrito dinâmico.

A força de atrito dinâmico é sempre menor que a força aplicada; no seu cálculo é utilizado o coeficiente de atrito cinético: μ_d

Então:

Método empírico para a determinação do coeficiente de atrito estático.

Da noção de iminência de movimento podemos estabelecer um método experimental simples para a determinação do coeficiente de atrito estático. Inclinamos aos poucos o plano de apoio até o instante em que o corpo fique na iminência de escorregar. Quando o corpo está na iminência de escorregar, a força de atrito atinge seu valor máximo:

Estando o corpo em equilíbrio, decorre que (F_at)_max  e  P_*senθ devem ser iguais:

Então, temos que:

(F_at)_max = P_*senθ ↔ μ_e*P_*cosθ = P_*senθ ↔ μ_e = senθ/cosθ ↔ μ_e = tgθ

Aumentando gradativamente o ângulo θ e colocar o corpo na iminência de escorregar e medir o ângulo θ.

O valor da tangente do ângulo θ é o coeficiente de atrito estático: μ_e = tgθ

Resumindo temos:

1)    Corpo em repouso:  0 ≤ F_at ≤ μ_e*N

2)    Corpo em movimento: F_at = μ_d*N

Força de atrito viscoso: quando um corpo se movimenta no fluido (água ou ar), sofre a ação de uma força de resistência, portanto, no sentido contrário ao do movimento.  Encontramos outras duas denominações: força de atrito fluido e força de resistência do fluido.

Tem-se fórmula empírica (=experimental):

Onde:

v = módulo da velocidade do corpo em relação ao fluido.

n = constante que depende da ordem de grandeza da velocidade e do tamanho do corpo, geralmente temos n = 1 ou n = 2.

k = constante que depende da natureza do fluido (bem como de sua temperatura e densidade), do formato do corpo e da área da maior seção reta do corpo, perpendicular à direção do movimento (quanto maior essa área, maior o valor de k).

Força de empuxo: quando um está dentro de um fluido, além da força de atrito viscoso (que só existe quando o corpo está em movimento em relação ao fluido), o fluido aplica ao corpo outra força (que existe mesmo quando o corpo está parado) chamada de Empuxo (E).

O Empuxo tem sentido oposto ao da aceleração da gravidade e o módulo é dado por:

Onde:

g = módulo da aceleração da gravidade;

V = volume do corpo;

d = densidade do fluido