Comprendere l'attrito: tipi, effetti e applicazioni pratiche

Il fenomeno dell'attrito

L'attrito è dovuto al fatto che due superfici a contatto sono irregolari. Anche le superfici che sembrano lisce presentano irregolarità più o meno marcate che tendono a incastrarsi fra loro ostacolando il movimento di una superficie sull'altra. Più le superfici sono ruvide, più tendono a incastrarsi e maggiore è l'attrito. Lubrificando le superfici a contatto, l'attrito diminuisce, perché alcune asperità sono coperte dal lubrificante e il movimento viene ostacolato in misura minore.

Forza di primo distacco

Aumentando in modo graduale la forza applicata possiamo determinare il valore della più piccola forza che fa muovere il blocchetto; essa si chiama forza di primo distacco.

Per via sperimentale, si verifica che l'intensità della forza di primo distacco è proporzionale alla forza premente sul piano di appoggio; infatti, se la forza premente raddoppia, anche quella di primo distacco diventa doppia.

Coefficiente di attrito statico

Il rapporto fra l'intensità della forza di primo distacco e quella della forza premente si chiama coefficiente di attrito statico.

Il valore del coefficiente di attrito statico dipende dalla natura delle superfici a contatto, cioè quella del corpo e quella della superficie su cui poggia. Lo stesso blocchetto di legno si sposta più facilmente su un tavolo di legno levigato che su uno ruvido.

Forza di attrito statico

La forza di attrito statico si esercita su tutta la superficie del corpo a contatto con il piano, perciò è una forza distribuita. Essa si oppone al movimento del corpo, quindi la rappresentiamo con un vettore che si oppone all'eventuale spostamento.

L'intensità della forza di attrito è compresa fra zero e la forza di primo distacco.
Per un corpo che si trova su un piano orizzontale la forza premente coincide con il peso, mentre su un piano inclinato la forza premente è minore del peso; sul piano inclinato l'attrito è minore.

Attrito radente e volvente

Supponiamo che una scatola venga spinta sul pavimento e poi lasciata libera. Dopo un po' di tempo la scatola si ferma. Anche un pallone che rotola sul pavimento dopo un po' si ferma. In entrambi i casi la velocità diminuisce progressivamente, perché c'è attrito tra il corpo e il pavimento. Nel caso della scatola che striscia si parla di attrito radente, se il corpo rotola come il pallone allora si dice che c'è attrito volvente.

Utilità e danni dell'attrito

In qualche caso l'attrito dinamico è utile, per esempio quando bisogna frenare la bicicletta o l'automobile. In altri casi è dannoso, come nei motori, dove l'attrito produce l'usura delle parti meccaniche a contatto.
Anche l'attrito radente si esercita su tutta la superficie del corpo a contatto con il piano, perciò la forza di attrito radente è una forza distribuita.

Come il coefficiente di attrito statico, esso dipende dal tipo di superfici che sono a contatto, ma non dalla loro estensione.

A parità di superfici, il coefficiente di attrito radente è minore di quello di attrito statico, quindi la forza di attrito radente è minore della forza di attrito statico.

Attrito volvente e cuscinetti

L'attrito volvente dipende dalle caratteristiche delle superfici a contatto, ma anche dalle dimensioni del corpo che rotola. Un dispositivo interessante, capace di trasformare l'attrito radente in attrito volvente, diminuendo così la forza di attrito, è il cuscinetto a sfera.
Quando un corpo si muove dentro un fluido, è sottoposto all'attrito del mezzo, dove il termine "mezzo" indica il fluido che ostacola il movimento. Per esempio, l'aria è il mezzo che frena la discesa di un paracadutista.

Resistenza del mezzo e velocità

La forza di attrito del mezzo dipende dal fatto che il corpo urta contro le molecole del fluido e quindi viene rallentato. Più ampia è la superficie del corpo, maggiore è il numero di molecole che incontra e maggiore è l'attrito. Pertanto, l'attrito dipende dalle caratteristiche del mezzo ma anche dalla forma del corpo che si muove.

La forza di attrito del mezzo non è costante, come quella di attrito statico, ma dipende dalla velocità.

Se un corpo si muove lentamente dentro un fluido, la forza di attrito è direttamente proporzionale alla velocità.

Se invece il corpo si muove a velocità elevate, la forza di attrito cambia più rapidamente perché è proporzionale al quadrato della velocità.

Anche la resistenza del mezzo in certi casi è utile, mentre in altri è dannosa e si cerca di diminuirla.