L'attrito fa parte della vita di tutti i giorni. Mentre nei problemi di fisica idealizzata spesso si ignorano cose come la resistenza dell'aria e la forza di attrito, se si desidera calcolare con precisione il movimento degli oggetti attraverso una superficie, è necessario tenere conto delle interazioni nel punto di contatto tra l'oggetto e la superficie.

Questo di solito significa lavorare con attrito radente, attrito statico o attrito volvente, a seconda della situazione specifica. Anche se un oggetto rotolante come una palla o una ruota sperimenta chiaramente una forza di attrito minore rispetto a un oggetto che devi far scorrere, dovrai comunque imparare a calcolare la resistenza al rotolamento per descrivere il movimento di oggetti come le gomme delle auto sull'asfalto.
Definizione dell'attrito di rotolamento

L'attrito di rotolamento è un tipo di attrito cinetico, noto anche come resistenza al rotolamento
, che si applica al movimento di rotolamento (al contrario del movimento di scorrimento - l'altro tipo di attrito cinetico) e si oppone al movimento di rotolamento essenzialmente allo stesso modo di altre forme di forza di attrito.

In generale, il rotolamento non comporta la stessa resistenza dello scorrimento, quindi il coefficiente di attrito di rotolamento
su un la superficie è in genere inferiore al coefficiente di attrito per situazioni di scorrimento o statiche sulla stessa superficie.

Il processo di rotolamento (o rotolamento puro, cioè senza scivolamento) è molto diverso dallo scorrimento, poiché il rotolamento include ulteriori attrito come ogni nuovo poi nt sull'oggetto viene a contatto con la superficie. Di conseguenza, in ogni dato momento c'è un nuovo punto di contatto e la situazione è istantaneamente simile all'attrito statico.

Ci sono molti altri fattori oltre alla rugosità superficiale che influenzano anche l'attrito rotolante; ad esempio, la quantità che l'oggetto e la superficie del movimento rotatorio si deformano quando entrano in contatto influiscono sulla forza della forza. Ad esempio, i pneumatici per auto o camion presentano una maggiore resistenza al rotolamento quando vengono gonfiati a una pressione inferiore. Oltre alle forze dirette che spingono su uno pneumatico, parte della perdita di energia è dovuta al calore, chiamato perdite di isteresi
.
Equazione per attrito volvente

L'equazione per attrito volvente è sostanzialmente uguale alle equazioni per attrito radente e attrito statico, tranne per il coefficiente di attrito volvente al posto del coefficiente simile per altri tipi di attrito.

Utilizzando F
_{k, r per la forza di attrito volvente (cioè cinetico, rotolante), F
n per la forza normale e μ
k, r per il coefficiente di attrito volvente , l'equazione è:
F_ {k, r} \u003d μ_ {k, r} F_n}

Poiché l'attrito volvente è una forza, l'unità di F
_{k, r è newton . Quando risolvi i problemi che coinvolgono un corpo mobile, devi cercare il coefficiente specifico di attrito volvente per i tuoi materiali specifici. Engineering Toolbox è generalmente una risorsa fantastica per questo tipo di cose (vedi Risorse).}

Come sempre, la forza normale ( F
_{n) ha la stessa entità del peso ( vale a dire mg
, dove m
è la massa e g
\u003d 9,81 m /s ^{2) dell'oggetto su una superficie orizzontale (supponendo che nessun altro le forze agiscono in quella direzione), ed è perpendicolare alla superficie nel punto di contatto. Se la superficie è inclinata di un angolo θ
, l'entità della forza normale è data da mg
cos ( θ
).
Calcoli con attrito cinetico}}

Il calcolo dell'attrito volvente è un processo abbastanza semplice nella maggior parte dei casi. Immagina un'auto con una massa di m
\u003d 1.500 kg, guida su asfalto e con μ
_{k, r \u003d 0.02. Qual è la resistenza al rotolamento in questo caso?}

Utilizzando la formula, accanto a F
_{n \u003d mg
(su una superficie orizzontale):
\\ inizio {allineato} F_ {k, r} &\u003d μ_ {k, r} F_n \\\\ &\u003d μ_ {k, r} mg \\\\ &\u003d 0,02 × 1500 \\; \\ text {kg} × 9,81 \\; \\ text {m /s} ^ 2 \\\\ &\u003d 294 \\; \\ text {N} \\ end {align}}

Puoi vedere che in questo caso la forza dovuta all'attrito di rotolamento sembra sostanziale, tuttavia data la massa dell'auto e usando la seconda legge di Newton, ciò equivale solo a una decelerazione di 0,196 m /s ^{2. Se}

f quella stessa macchina stesse guidando su una strada con una pendenza verso l'alto di 10 gradi, dovresti usare F
_{n \u003d mg
cos ( θ
) e il risultato cambierebbe:
\\ begin {allineato} F_ {k, r} &\u003d μ_ {k, r} F_n \\\\ &\u003d μ_ {k, r} mg \\ cos (\\ theta) \\\\ &\u003d 0,02 × 1500 \\; \\ text {kg} × 9,81 \\; \\ text {m /s} ^ 2 × \\ cos (10 °) \\\\ &\u003d 289,5 \\; \\ text { N} \\ end {allineato}}

Poiché la forza normale è ridotta a causa dell'inclinazione, la forza di attrito si riduce dello stesso fattore.

Puoi anche calcolare il coefficiente di attrito volvente se conosci il forza di attrito volvente e dimensione della forza normale, usando la seguente formula riorganizzata:
μ_ {k, r} \u003d \\ frac {F_ {k, r}} {F_n}

Immaginando un pneumatico per bicicletta rotolamento su una superficie di calcestruzzo orizzontale con F
_{n \u003d 762 N e F
k, r \u003d 1,52 N, il coefficiente di attrito di rotolamento è:
\\ inizia {allineato} μ_ {k, r} &\u003d \\ frac {F_ {k, r}} {F_n} \\\\ &\u003d \\ frac {1.52 \\; \\ text {N}} {762 \\; \\ text {N} } \\\\ &\u003d 0.002 \\ end {allineato}}