Fisica

Forza di attrito dinamico

Il corpo si muove con una certa velocità v. Dopo un po' di tempo, si nota che il corpo rallenta fino a fermarsi. Secondo il Primo Principio esso dovrebbe continuare a muoversi di moto rettilineo uniforme, MA SOLO senza forze agenti su di esso. Dato che invece questo corpo rallenta, si conclude che esiste una forza che lo fa rallentare: forza di attrito dinamico (fd). Questa forza si oppone al moto e quindi tende a rallentarlo. Ogni volta che c'è movimento, in prima approssimazione, questa forza ha sempre la stessa intensità. Il modulo di questa forza di attrito dipende dal coefficiente "μ = mu" (lo stesso vale per la forza di attrito statico), che è adimensionale e stabilisce la proporzionalità tra due forze e dipende dalla natura della superficie su cui si trova il corpo. In entrambi i casi, sia per l'attrito statico che dinamico, questa forza è proporzionale a N, la quale poi.è uguale a mg, ma ciò non è sempre vero. La forza d'attrito non c'entra con mg, bensì solo con N. Un esempio pratico di questo concetto lo dà l'oggetto posto su un piano inclinato. In questo caso N non ha la stessa direzione della forza peso. Questo perché N si preoccupa solo delle forze perpendicolari al piano, ovvero "mg cosθ". Infatti, N viene chiamata "normale" perché è sempre ortogonale al piano. Quindi anche l'attrito dinamico o statico, a seconda che il corpo si muova o meno, bilancia la componente parallela ad esso, ovvero "mg senθ". Il corpo inizia a scivolare quando l'attrito statico ha raggiunto il suo valore massimo e quindi non riesce più a bilanciare la componente con il seno della forza peso. Il succo di questo discorso è che la forza che si imprime sul corpo è proporzionale a N; quindi, se spingo l'oggetto con una forza che,anche se di poco, punta verso il basso, ciò fa aumentare N e quindi anche la forza d'attrito. Il meglio sarebbe spingere il corpo il più orizzontale possibile, oppure tirarlo con una corda, dove la forza ha una componente che va verso l'alto, che fa diminuire N. FORZA DI ATTRITO VISCOSO Si ha quando un corpo al posto di strisciare su un piano, procede in un fluido ad una velocità v. Il fluido è una parola che comprende sia lo stato liquido che gassoso. Il corpo all'interno del fluido subisce una forza d'attrito, la quale tende ad opporsi al moto. In generale il modulo della forza d'attrito aumenta all'aumentare della velocità con cui si muove il corpo. Il modulo di questa forza è dato dalla Legge di Stokes, mentre essa ha direzione e verso uguali a quelli della velocità. Per capire meglio questa forza si possono fare principalmente due esempi. Nel primo si suppone che ci sia un dirupo e che una persona (basejumper)

voglia buttarsi nel “vuoto”partendo dalla cima del dirupo. Nel momento in cui si lascia cadere, egli è soggetto solo alla sua forza pesoP (1). Dopo un po’ però acquista velocità v (2), ed insieme ad essa spunta la forza di attrito viscoso (inquesto caso causata dall’aria) che tende ad opporsi al moto. L’uomo continua ad essere soggetto alla forzapeso. Ad ogni modo, P continua ad essere piùgrande della forza di attrito e quindi la personacontinua a cadere verso il basso, prendendovelocità. Però, dato che fs è comunqueproporzionale alla velocità, dopo un po’ si arrivaalla condizione per cui fs uguaglia P e a quel puntosuccede che la persona continua a muoversi dimoto rettilineo uniforme. Questo accade perché leuniche due forze che agiscono sul corpo sieguagliano e quindi la risultante è nulla e diconseguenza anche la velocità allora è nulla.Quindi se si volesse fare un

grafico in cui si mette la velocità in funzione del tempo del seguente esempio, si avrebbe che per tempi molto lunghi esisterebbe un asintoto orizzontale che la velocità tende a raggiungere rimanendo poi costante su quel valore; mentre per tempi più brevi, come ad esempio l'istante iniziale dove la velocità è nulla, si avrebbe che si parte da zero per poi avere una crescita. La pendenza nel grafico della velocità definisce però l'accelerazione, quindi si può fare una retta che corrisponde al grafico di un moto uniformemente accelerato con pendenza g. Si vede quindi che inizialmente l'accelerazione è g, perché appena l'uomo di lascia cadere, l'unica forza che viene applicata su di lui è la forza peso. Progressivamente però che il basejumper acquista velocità, l'accelerazione diminuisce e con esso anche la pendenza del grafico. Quindi all'istante iniziale (1) il modulo

La velocità è zero quando l'accelerazione è uguale a g, mentre all'istante finale (3) l'accelerazione è nulla, mentre la velocità ha come modulo quello della velocità limite.

Il secondo esempio è quello della sedimentazione. Si suppone di avere una bacinella con un liquido di una certa densità (ρ) dove si mette un sassolino di massa m. La densità è una grandezza fisica che esprime il rapporto tra la massa e il volume di un certo corpo. Si parla di densità di un corpo allo stato liquido, solido, gassoso.

Ad ogni modo, il sassolino quando viene immerso nella bacinella con il liquido è soggetto alla forza peso P e quindi tende ad affondare, ma affondando acquista una certa velocità e quindi piano piano va incontro alla forza di attrito viscoso (in questo caso del fluido).

Fino a qui questo esempio sembra simile a quello di prima, ma in realtà qui c'è un altro elemento:

Il Principio di Archimede secondo cui "ogni corpo, immerso in un fluido, riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume del fluido spostato".

Il sassolino quindi, che ha un certo volume V, quando è tutto immerso esso sposta una quantità V di fluido e riceve quindi una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume V di fluido che è stato spostato.

La spinta di Archimede viene segnata con la lettera S, ha direzione e verso dal basso verso l'alto e come modulo è uguale al prodotto della massa del fluido spostato per il peso del fluido spostato (quindi volume del fluido spostato). In questo caso la spinta di Archimede è più piccola della forza peso perché il corpo affonda, ma quando la spinta di Archimede è più grande di P, il sassolino galleggia.

Il sassolino affonda con velocità v, per cui oltre alla spinta di Archimede, c'è anche la forza di attrito viscoso fv, la

quindi i globuli rossi possono indicare la presenza di un'infiammazione nel corpo. La VES è un indicatore importante per valutare la presenza di malattie come l'artrite reumatoide, l'infezione o altre condizioni infiammatorie. È importante consultare un medico per una valutazione accurata dei risultati del test del VES e per determinare la causa dell'infiammazione, se presente.vuol dire cheessi affondano velocemente e quindi non godono di buona salute. Però per velocizzare il processo di sedimentazione degli eritrociti, si rimpiazza g con un'altra accelerazione,ovvero quella della centrifuga (ω² R, con ω = velocità angolare del moto) perché se no i globuli rossi cimetterebbero troppo tempo a precipitare facendo solo 15 mm all'ora. Viene sfruttata l'accelerazione centrifuga perché è di 10⁴ o 10⁶ volte maggiore di g. FORZA CENTRIPETA/CENTRIFUGA Per poter spiegare al meglio questa forza si riprende il moto circolare uniforme, in cui il corpo si muove divelocità lineare costante in una traiettoria circolare. La sua velocità v è tangente alla circonferenza e hamodulo costante. Insieme a questa velocità, c'è l'accelerazione centripeta (ac) che ha verso diretto al centro della circonferenza. Anche il modulo dell'accelerazione ècostante. Affrontando questo moto nella dinamica, è importante sapere che se c'è un'accelerazione, allora di conseguenza ci deve essere anche una forza (Fcp= Forza centripeta) per il secondo principio. In altre parole, se ho un corpo di massa m che si muove lungo una circonferenza a velocità e quindi anche ad accelerazione costante, allora esso è soggetto ad una forza centripeta, che è uguale al prodotto della massa del corpo per l'accelerazione centripeta. Anche la forza centripeta, come l'accelerazione centripeta, è diretta verso il centro della circonferenza e gioca il ruolo di mantenere il corpo lungo la traiettoria circolare. Se la forza centripeta agente sul corpo divenisse nulla, il corpo non si muoverebbe più sulla sua traiettoria circolare, bensì lungo una retta tangente alla circonferenza. La forza centripeta e la centrifuga sono la stessa cosa, ma dipende dal sistema di riferimento che

Il sistema x,y usato fino ad ora è di tipo inerziale e quindi se c'è un'accelerazione, allora c'è una Fcp. Si suppone ora però di avere una piattaforma rotante in cui viene messo un corpo di massa m, ma salendo il corpo sente una forza che lo spinge verso l'esterno al momento in cui la piattaforma inizia a girare. Il sistema di riferimento ora gira insieme al corpo e gira di velocità ω; per questo motivo, questo sistema non può essere considerato inerziale e come tale non vale il secondo principio della dinamica. In questo caso il sistema di riferimento viene definito "accelerato". Il corpo sente una forza Fcf (= forza centrifuga) che lo cerca il portare verso fuori dalla piattaforma, e per poterla neutralizzare è necessario avere un appiglio all'interno della piattaforma.