Resistenze passive

Resistenze passive - gli attriti

Si definisce resistenza passiva ogni forza che ostacola il moto di un corpo.
Esse vengono classificate in due grandi gruppi
- Resistenza del mezzo
- Attrito
L’attrito inoltre può essere interno o esterno e quest'ultimo radente e volvente.
Il primo tipo di resistenza passiva è oggetto di studio della fluidodinamica.
La resistenza del mezzo si manifesta quando un corpo solido si muove all'interno di un corpo fluido (liquido o aeriforme)
L'attrito interno è la resistenza che invece incontrano le molecole di un fluido nell'atto di scorrere le une rispetto alle altre questa resistenza viene definita viscosità ed è sempre oggetto della meccanica dei fluidi.
Rientrano invece nella dinamica gli attriti esterni cioè le resistenze che un corpo incontra quando si muove su di un altro corpo strisciando (attrito radente), o rotolando (attrito volvente).
L’attrito radente è definito perciò come la forza che si oppone al moto di un corpo che scivola su di un altro corpo. Ad esempio se noi prendiamo un pacco di libri e lo appoggiamo sul piano del tavolo la sola forza agente, il peso dei libri, è equilibrata dalla reazione vincolare del piano d'appoggio quindi la risultante delle forze applicate è nulla e tutto è fermo. Ora spingiamo i libri con una mano in direzione orizzontale in questo modo essi iniziano a scorrere sul piano del tavolo, la forza applicata inizialmente serve per imprimere ai libri, che hanno una certa inerzia, una accelerazione che permette ai libri di passare dallo stato di quiete ad uno stato di moto caratterizzato da una certa velocità di intensità . Per la legge d'inerzia quando i libri hanno raggiunto la velocità dovrebbero mantenerla invariata anche se noi non spingiamo più, in realtà accade che i libri, cessata l'azione della forza, si fermano quasi subito.
Cosa ci rivela l'esperienza? Che esistono delle forze che si oppongono al movimento!!
Dalla legge fondamentale della dinamica sappiamo che per fermare un corpo in movimento è necessario applicare una forza che sia in grado di imprimere ad esso una accelerazione di verso contrario al verso del moto, nel nostro esempio noi non abbiamo applicato ai libri alcuna forza di questo tipo però si sono fermati!!

La forza frenante da chi è stata esercitata?

Da forze che si manifestano nel sistema libri-tavolo solo nel momento in cui inizia lo scorrimento. Trascurando la resistenza dell'aria il complesso di tali forze prende il nome di attrito radente. La forza che dobbiamo applicare se vogliamo che i libri in movimento mantengano la velocità costante , serve proprio per equilibrare l'attrito radente.
Il valore dell' attrito radente è regolato da una legge determinata sperimentalmente cioè l'intensità dell’attrito radente è direttamente proporzionale all'intensità della forza premente quindi:

Il valore di dipende dalla natura delle superfici ma non dalla loro estensione. Esso assume i massimi valori se le superfici a contatto sono della stessa natura. In tutti gli altri casi è sempre minore. La forza premente coincide con il peso solo se lo scivolamento avviene su un piano orizzontale, nel caso di un piano inclinato la forza premente è data dalla componente perpendicolare al piano mentre la componente parallela del peso non influisce.

Quali sono le cause che originano le forze di attrito radente?

Noi sappiamo che tutti i corpi sono costituiti da aggregati di particelle e queste sono legate le une alle altre da forze di coesione queste forze si manifestano anche tra particelle di differente natura e in questo caso vengono dette forze di adesione naturalmente la loro intensità è minore rispetto alle forze di coesione. L'attrito è dovuto proprio all'attrazione tra le particelle che appartengono a corpi diversi in corrispondenza delle superfici di contatto.
Perché l'attrito è direttamente proporzionale all'intensità della forza premente?
Osserviamo che maggiore è la forza premente, ad esempio il peso dell'oggetto, più compenetrate tra loro sono le scabrosità ovvero le rugosità delle superfici a contatto e quindi le particelle essendo più vicine si attraggono con forza maggiore.

Perché l'attrito non dipende dall'estensione della superficie di contatto?

A parità di peso un corpo appoggiato esercita su ogni unità di superficie, ad esempio ogni centimetro quadrato, una forza premente tanto più grande quanto più piccola e la superficie di appoggio quindi se la superficie di appoggio è piccola le scabrosità sono molto compenetrate e quindi le particelle a contatto essendo vicine si attraggono con notevole forza; se la superficie di appoggio é grande le scabrosità sono meno compenetrate però sono in numero maggiore perché abbiamo considerato un'area maggiore e le particelle di due corpi a contatto sono comunque meno vicini di prima ma il loro numero è maggiore e quindi i fattori, sfavorevoli e favorevoli all'attrito radente, si compensano in tal modo l'attrito risulta sempre lo stesso.
L'attrito statico è l'attrito che si incontra quando si vuole mettere in moto un corpo da fermo. L’attrito dinamico si incontra quando il corpo è in moto. L’attrito statico è superiore a quello dinamico ciò è dovuto al fatto che quando il corpo e fermo le sue scabrosità possono compenetrarsi con quelle del piano d'appoggio molto meglio di quanto non possono fare durante il movimento quindi in condizione di incipiente movimento la forza di attrito statico deve vincere anche le scabrosità e quindi dare l'impulso al moto; appena il corpo ha iniziato a muoversi, superata la barriera delle scabrosità di superficie del corpo l’attrito diventa dinamico.
L'attrito volvente invece è definito come la forza che si oppone al moto di un corpo che rotola su di un altro corpo, l’intensità dell'attrito volvente è direttamente proporzionale all'intensità della forza premente F, ed inversamente proporzionale al raggio R del corpo che rotola.
La sua intensità è determinata sperimentalmente attraverso la relazione:

[math]F_v[/math]

è l'intensità dell’attrito

[math]F[/math]

è l'intensità della forza premente

[math]k_v[/math]

è il coefficiente di attrito volvente cioè l'attrito incontrato da un corpo di raggio unitario e peso unitario rotolante su un piano orizzontale.

Osservazioni sugli attriti

Essendo gli attriti strettamente influenzati dalla natura delle superfici, è evidente che questi non possono mai essere completamente eliminati si possono tuttavia ridurre sfruttando opportunamente le loro leggi.
Si possono sostituire gli attriti radenti con quelli volventi, attraverso l’uso di cuscinetti a sfere, inoltre è conveniente mettere a contatto corpi di natura differente avendo cura di levigare bene le superfici è di lubrificarle.
Ricordiamo infine che in assenza totale di attriti, per una persona non sarebbe possibile camminare.