L'attrito scorrevole, più comunemente indicato come attrito cinetico, è una forza che si oppone al movimento di scorrimento di due superfici che si muovono l'una accanto all'altra. Al contrario, l'attrito statico è un tipo di forza di attrito tra due superfici che si spingono l'una contro l'altra, ma non scivolano l'una rispetto all'altra. (Immagina di spingere su una sedia prima che inizi a scivolare sul pavimento. La forza che applichi prima che inizi lo scorrimento è contrastata dall'attrito statico.

L'attrito scorrevole in genere comporta meno resistenza dell'attrito statico, motivo per cui spesso devi spingere più forte per far scivolare un oggetto piuttosto che per farlo scivolare. L'entità della forza di attrito è direttamente proporzionale all'entità della forza normale. Ricorda che la forza normale è la forza perpendicolare alla superficie che contrasta qualsiasi altra forza applicata in quella direzione.

La costante di proporzionalità è una quantità senza unità chiamata coefficiente di attrito, e varia a seconda delle superfici in contatto. (I valori per questo coefficiente sono generalmente ricercati nelle tabelle.) Il coefficiente di attrito è solitamente rappresentato dalla lettera greca μ
con un pedice k
che indica attrito cinetico. La formula della forza di attrito è data da:
F_f \u003d \\ mu_kF_N

Dove F _{N
è la grandezza della forza normale, le unità sono in newton (N) e la direzione di questa forza è opposta alla direzione del movimento.
Definizione di attrito volvente}

La resistenza al rotolamento è talvolta definita attrito volvente, sebbene non sia esattamente una forza di attrito perché non è il risultato di due superfici in contatto cercando di spingere l'uno contro l'altro. È una forza resistiva risultante dalla perdita di energia dovuta a deformazioni dell'oggetto rotolante e della superficie.

Proprio come con le forze di attrito, tuttavia, l'entità della forza di resistenza al rotolamento è direttamente proporzionale all'ampiezza del normale forza, con una costante di proporzionalità che dipende dalle superfici a contatto. Mentre μ _{r
viene talvolta utilizzato per il coefficiente, è più comune vedere C rr
, rendendo l'equazione per l'entità della resistenza al rotolamento la seguente:
F_r \u003d C_ {rr} F_N}

Questa forza agisce in modo opposto alla direzione del movimento.
Esempi di attrito radente e resistenza al rotolamento

Consideriamo un esempio di attrito che coinvolge un carrello di dinamica trovato in una fisica tipica classe e confronta l'accelerazione con cui percorre una pista di metallo inclinata di 20 gradi per tre diversi scenari:

Scenario 1: non ci sono attriti o forze resistive che agiscono sul carrello mentre rotola liberamente senza scivolare track.

Per prima cosa disegniamo il diagramma del corpo libero. La forza di gravità che punta verso il basso e la forza normale che punta perpendicolare alla superficie sono le uniche forze che agiscono.

(Immagine 1)

Le equazioni di forza nette sono:
F_ { netx} \u003d F_g \\ sin {\\ theta} \u003d ma \\\\ F_ {nety} \u003d F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0

Immediatamente possiamo risolvere la prima equazione per l'accelerazione e inserire i valori per ottenere il risposta:
F_g \\ sin {\\ theta} \u003d ma \\\\ \\ implica mg \\ sin (\\ theta) \u003d ma \\\\ \\ implica a \u003d g \\ sin (\\ theta) \u003d 9.8 \\ sin (20) \u003d \\ boxed {3.35 \\ text {m /s} ^ 2}

Scenario 2: la resistenza al rotolamento agisce sul carrello mentre rotola liberamente senza scivolare lungo il binario.

Qui assumeremo un coefficiente di resistenza al rotolamento di 0,0065, che si basa su un esempio trovato in un documento della US Naval Academy.

Ora il nostro diagramma a corpo libero include la resistenza al rotolamento che agisce sulla pista:

(Immagine 2)

Le nostre equazioni di forza nette diventano:
F_ {netx} \u003d F_g \\ sin {\\ theta} -F_r \u003d ma \\\\ F_ {nety} \u003d F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0

Dalla seconda equazione, possiamo risolvere per F < sub> N
, inserisci il risultato nell'espressione per attrito nella prima equazione e risolvi per a
:
F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0 \\ implica F_N \u003d F_g \\ cos (\\ theta) \\\\ F_g \\ sin (\\ theta) -C_ {rr} F_N \u003d F_g \\ sin (\\ theta) -C_ {rr} F_g \\ cos (\\ theta) \u003d ma \\\\ \\ implica \\ annulla mg \\ sin (\\ theta) -C_ {rr} \\ cancel mg \\ cos (\\ theta) \u003d \\ cancel ma \\\\ \\ implica a \u003d g (\\ sin (\\ theta) -C_ {rr} \\ cos (\\ theta)) \u003d 9.8 (\\ sin (20) -0.0065 \\ cos (20)) \\\\ \u003d \\ boxed {3.29 \\ text {m /s} ^ 2}

Scenario 3: le ruote del carrello sono bloccate in posizione e scorre lungo il binario, ostacolato dall'attrito cinetico.

Qui useremo un coefficiente di attrito cinetico di 0,2, che è al centro dell'intervallo di valori tipicamente elencati per la plastica sul metallo.

Il nostro diagramma a corpo libero è molto simile al caso della resistenza al rotolamento, tranne per il fatto che si tratta di una forza di attrito radente che agisce sulla rampa:

(immagine 3)

Le nostre equazioni di forza nette diventano:
F_ {netx} \u003d F_g \\ sin {\\ theta} -F_k \u003d ma \\\\ F_ {nety} \u003d F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0

E ancora risolviamo per a
in un si milar fashion:
F_N-F_g \\ cos (\\ theta) \u003d 0 \\ implica F_N \u003d F_g \\ cos (\\ theta) \\\\ F_g \\ sin (\\ theta) - \\ mu_kF_N \u003d F_g \\ sin (\\ theta) - \\ mu_kF_g \\ cos (\\ theta) \u003d ma \\\\ \\ implica \\ cancel mg \\ sin (\\ theta) - \\ mu_k \\ cancel mg \\ cos (\\ theta) \u003d \\ cancel ma \\\\ \\ implica a \u003d g (\\ sin (\\ \\ theta) - \\ mu_k \\ cos (\\ theta)) \u003d 9.8 (\\ sin (20) -0.2 \\ cos (20)) \\\\ \u003d \\ boxed {1.51 \\ text {m /s} ^ 2}

Nota che l'accelerazione con resistenza al rotolamento è molto vicina al caso senza attrito, mentre il caso di attrito scorrevole è significativamente diverso. Questo è il motivo per cui la resistenza al rotolamento viene trascurata nella maggior parte delle situazioni e perché la ruota è stata una brillante invenzione!