x - Dipartimento di Fisica - Università di Pisa

5.7 La forza d’attrito dinamico.
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Nicolò Beverini
Fin qui abbiamo esaminato l’effetto dell’attrito su un corpo in quiete.
Si consideri ora un corpo in movimento, che struscia su un piano. Anche in
questo caso è presente una forza d’attrito, detta ora di attrito dinamico; essa
agisce in direzione contraria allo spostamento (e quindi alla direzione del
vettore velocità) e il suo modulo dipende ancora dalla natura delle due superfici
in contatto e dalla forza normale che le preme una contro l’altra (in
generale non dipende invece dalla velocità del moto). Quindi:
[5.26]
F d = µ dN
dove !d è il cosiddetto coefficiente di attrito dinamico, che per il solito ha un
valore più piccolo del coefficiente di attrito statico !s esistente tra le stesse
due superfici.
Sottolineiamo qui la differenza tra il significato del coefficiente
d’attrito statico e quello dinamico, che è poi la differenza che c’è tra la formula
[5.25] e [5.26]. La forza d’attrito statica è una forza di reazione statica:
essa ha il valore necessario per bilanciare le altre forze presenti; la relazione
[5.25] è una disuguaglianza che dice quale possa essere il valore massimo
di tale forza. La relazione [5.26] ci fornisce invece il valore effettivo della
forza d’attrito dinamica quando il corpo è in movimento rispetto al piano.
5.8 Forze d’attrito viscoso
C’è un altro tipo di forze d’attrito importante da considerare ed è
quello che oppone una resistenza al movimento di un corpo, che si muova
entro un fluido (liquido o aeriforme). Una barca, per farsi strada nell’acqua
con velocità costante, ha bisogno di un motore che la spinga e così
un’automobile che si muova su una strada perfettamente piana deve farsi
strada nell’aria. La forza esercitata dal motore è in tali condizioni quella che
esattamente bilancia la forza di resistenza (forza viscosa) del mezzo.
Per basse velocità, quando il moto del fluido attorno al corpo che avanza
in esso si mantiene regolare (flusso laminare), tale forza di resistenza
è direttamente
!
proporzionale alla velocità ed è diretta in senso opposto al
vettore
v :
[5.27]
dove % è la costante di proporzionalità.
!
f A = !" !
v ,
Per velocità più elevate, il flusso del fluido diviene turbolento e la forza
di resistenza, ancora diretta in direzione opposta al moto, aumenta in
funzione del quadrato della velocità:
[5.28]
fA = ! 1C
"Av2
2
dove & è la densità del fluido, A è l’area della sezione del corpo in movimento
nel piano ortogonale alla direzione di spostamento e C è un coefficiente
che tiene conto della forma del corpo.