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As superfícies exercem uma força de atrito que resiste aos movimentos deslizantes, e você precisa calcular o tamanho dessa força como parte de muitos problemas de física. A quantidade de atrito depende principalmente da "força normal", que as superfícies exercem sobre os objetos sobre eles, bem como das características da superfície específica que você está considerando. Para a maioria dos propósitos, você pode usar a fórmula F = μN para calcular o atrito, com N defendendo a força "normal" e "μ”Incorporando as características da superfície.
TL; DR (muito longo; não leu)
Calcule a força de atrito usando a fórmula:
F = μN
Onde N é a força normal e μ é o coeficiente de atrito para seus materiais e eles estão estacionários ou em movimento. A força normal é igual ao peso do objeto, então isso também pode ser escrito:
F = μmg
Onde m é a massa do objeto e g é a aceleração devido à gravidade. O atrito age para se opor ao movimento do objeto.
O que é fricção?
O atrito descreve a força entre duas superfícies quando você tenta mover uma pela outra. A força resiste ao movimento e, na maioria dos casos, age na direção oposta ao movimento. No nível molecular, quando você pressiona duas superfícies juntas, pequenas imperfeições em cada superfície podem se interligar e pode haver forças atraentes entre as moléculas de um material e o outro. Esses fatores dificultam a passagem deles. Você não trabalha nesse nível quando calcula a força do atrito. Para situações cotidianas, os físicos agrupam todos esses fatores no "coeficiente" μ.
Cálculo da força de atrito
A força "normal" descreve a força em que a superfície em que um objeto está apoiado (ou pressionado) exerce sobre o objeto. Para um objeto imóvel em uma superfície plana, a força deve se opor exatamente à força devido à gravidade, caso contrário o objeto se moveria, de acordo com as leis do movimento de Newton. A força "normal" (N) é o nome da força que faz isso.
Sempre atua perpendicularmente à superfície. Isso significa que em uma superfície inclinada, a força normal ainda apontaria diretamente para longe da superfície, enquanto a força da gravidade apontaria diretamente para baixo.
A força normal pode ser simplesmente descrita na maioria dos casos por:
N = mg
Aqui, m representa a massa do objeto e g significa a aceleração devido à gravidade, que é de 9,8 metros por segundo por segundo (m / s2) ou redes por quilograma (N / kg). Isso simplesmente corresponde ao "peso" do objeto.
Para superfícies inclinadas, a força da força normal é reduzida quanto mais a superfície é inclinada, de modo que a fórmula se torna:
N = mg cos (θ)
Com θ representando o ângulo em que a superfície está inclinada.
Para um exemplo simples de cálculo, considere uma superfície plana com um bloco de madeira de 2 kg sobre ela. A força normal apontaria diretamente para cima (para suportar o peso do bloco) e você calcularia:
N = 2 kg × 9,8 N / kg = 19,6 N
O coeficiente depende do objeto e da situação específica com a qual você está trabalhando. Se o objeto ainda não estiver se movendo pela superfície, use o coeficiente de atrito estático μestático, mas se estiver em movimento, você usa o coeficiente de atrito deslizante μdeslizar.
Geralmente, o coeficiente de atrito deslizante é menor que o coeficiente de atrito estático. Em outras palavras, é mais fácil deslizar algo que já está deslizando do que deslizar algo que ainda está.
Os materiais que você está considerando também afetam o coeficiente. Por exemplo, se o bloco de madeira anterior estivesse em uma superfície de tijolo, o coeficiente seria de 0,6, mas para madeira limpa, pode estar entre 0,25 e 0,5. Para gelo sobre gelo, o coeficiente estático é 0,1. Novamente, o coeficiente de deslizamento reduz isso ainda mais, para 0,03 para gelo no gelo e 0,2 para madeira na madeira. Procure-os na sua superfície usando uma tabela on-line (consulte Recursos).
A fórmula para a força de atrito afirma:
F = μN
Por exemplo, considere um bloco de madeira de 2 kg de massa sobre uma mesa de madeira, sendo empurrado do papel fixo. Nesse caso, você usa o coeficiente estático, com μestático = 0,25 a 0,5 para madeira. Levando μestático = 0,5 para maximizar o efeito potencial do atrito e lembrando-se do N = 19,6 N do anterior, a força é:
F = 0,5 × 19,6 N = 9,8 N
Lembre-se de que o atrito apenas fornece força para resistir ao movimento; portanto, se você começar a pressioná-lo suavemente e ficar mais firme, a força do atrito aumentará para um valor máximo, que é o que você acabou de calcular. Físicos às vezes escrevem Fmax para esclarecer esse ponto.
Depois que o bloco estiver em movimento, você usa μdeslizar = 0,2, neste caso:
Fdeslizar = μdeslizar N
= 0,2 × 19,6 N = 3,92 N