Este artigo explica o que é força de atrito (ou força de atrito) na física e como ela é calculada. Você encontrará, portanto, as propriedades da força de atrito, os dois tipos de força de atrito existentes e, além disso, exercícios específicos para praticar.
O que é força de atrito?
A força de atrito , também chamada de força de atrito , é uma força de contato que ocorre ao tentar mover um corpo através da superfície de outro corpo.
Mais precisamente, a força de atrito é uma força exercida numa direção paralela e oposta ao movimento.
Existem dois tipos de forças de atrito: força de atrito estático e força de atrito dinâmico. Dependendo do caso, um ou outro atua. Abaixo veremos a diferença entre eles.
Em geral, a força de atrito é representada pelo símbolo F R.
Características da força de atrito
Agora que conhecemos a definição de força de atrito (ou força de atrito), vamos ver quais são as características desse tipo de força:
- A força de atrito é uma força de contato, ou seja, só atua se duas superfícies estiverem em contato.
- Além disso, a força de atrito só aparece quando um corpo se move ou tenta mover-se em cima de outro.
- A direção da força de atrito é paralela à direção do movimento.
- A direção da força de atrito é oposta ao movimento.
- A força de atrito não depende da velocidade com que os corpos deslizam.
- A força de atrito não depende do tamanho da superfície em contato.
- Mas a força de atrito depende dos materiais em contacto, do seu acabamento e da temperatura.
- A força de atrito é diretamente proporcional à força normal.
Fórmula da força de atrito
A força de atrito é igual ao coeficiente de atrito multiplicado pela força normal. Portanto, para calcular a força de atrito, deve-se primeiro encontrar a força normal e depois multiplicá-la pelo coeficiente de atrito entre as duas superfícies de contato.
A fórmula para a força de atrito (ou força de atrito) é, portanto, a seguinte:
Ouro:
-
é a força de atrito ou atrito, expressa em newtons.
-
é o coeficiente de atrito, que não tem unidade.
-
é a força normal, expressa em newtons.
Força de atrito estática e dinâmica
O valor da força de atrito depende se o corpo está em repouso ou em movimento. Por exemplo, com certeza você tentou arrastar um corpo muito pesado e no início foi difícil movê-lo, mas depois que você conseguiu mover um pouco o corpo fica mais fácil continuar arrastando o objeto.
Na verdade, em geral, a força de atrito quando o corpo está parado é maior do que quando o corpo está em movimento.
Assim, distinguimos dois tipos de força de atrito (ou força de atrito):
- Força de atrito estático : É a força de atrito que atua quando o corpo ainda não está em movimento.
- Força de atrito dinâmica (ou cinética) : é a força de atrito que atua quando o corpo já iniciou o movimento.
Da mesma forma, o coeficiente de atrito estático também se distingue do coeficiente de atrito dinâmico, que são usados para determinar a força de atrito estático e a força de atrito dinâmico, respectivamente.
Finalmente, o valor da força de atrito varia conforme mostrado no gráfico a seguir:
A força de atrito estático é igual à força aplicada para tentar mover o corpo, mas sua direção é oposta. Seu valor máximo é o produto entre o coeficiente de atrito estático e a força normal. Quando a força aplicada ultrapassa esse valor, o corpo começa a se mover.
Assim, quando o corpo já está em movimento, a força de atrito dinâmico tem valor constante equivalente ao produto entre o coeficiente de atrito dinâmico e a força normal, qualquer que seja o valor da força aplicada. Além disso, este valor é ligeiramente inferior ao valor máximo da força de atrito estático.
Exercícios resolvidos sobre força de atrito
Exercício 1
Pretende-se mover um bloco de massa m = 12 kg sobre uma superfície plana e ele começa a se mover exatamente quando uma força de 35 N é aplicada. Qual é o coeficiente de atrito estático entre o solo e o bloco? Dados: g=10 m/s 2 .
Primeiro, representamos graficamente todas as forças que atuam no bloco:
Na situação limite de equilíbrio, as duas equações a seguir são satisfeitas:
Assim a força de atrito será equivalente à força horizontal aplicada ao corpo:
Por outro lado, podemos calcular o valor da força normal usando a fórmula da força peso:
![\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-fdd5a10090733132a78410e57a059c2d_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Finalmente, uma vez conhecido o valor da força de atrito e da força normal, aplicamos a fórmula do coeficiente de atrito estático para determinar o seu valor:
Exercício 2
Colocamos um corpo de massa m=6 kg no topo de um plano inclinado de 45º. Se o corpo desliza sobre o plano inclinado com uma aceleração de 4 m/s 2 , qual é o coeficiente de atrito dinâmico entre a superfície do plano inclinado e a do corpo? Dados: g=10 m/s 2 .
A primeira coisa que precisamos fazer para resolver qualquer problema de física relacionado à dinâmica é desenhar o diagrama de corpo livre. Então, todas as forças que atuam no sistema são:
No sentido do eixo 1 (paralelo ao plano inclinado) o corpo apresenta uma aceleração, porém, no sentido do eixo 2 (perpendicular ao plano inclinado) o corpo está em repouso. A partir dessas informações, propomos as equações das forças do sistema:
Então, podemos calcular a força normal a partir da segunda equação:
![\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-59341555fe3d5fe315ceb1864547873b_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Por outro lado, calculamos o valor da força de atrito (ou força de atrito) a partir da primeira equação apresentada:
![\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d8f2aff2a81d98ddcea04b1988282fda_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
E uma vez conhecido o valor da força normal e da força de atrito, podemos determinar o coeficiente de atrito dinâmico usando sua fórmula correspondente:
Exercício 3
Um trenó de 70 kg desliza por um declive de 30º com velocidade inicial de 2 m/s. Se o coeficiente de atrito dinâmico entre o trenó e a neve for 0,2, calcule a velocidade que o trenó adquirirá após percorrer 20 metros. Dados: g=10 m/s 2 .
Primeiramente fazemos o diagrama de corpo livre do trenó:
O trenó tem uma aceleração na direção do eixo 1 (paralelo ao plano inclinado), mas permanece em repouso na direção do eixo 2 (perpendicular ao plano inclinado), então as equações de força são:
A partir da segunda equação podemos calcular a força normal que atua no trenó
![\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=70 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(30º)\\[3ex]N=606,22 \ N\end{array}](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-90b32b903f8be520ec73748b3de9b8b3_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Como agora sabemos o valor da força normal e o coeficiente de atrito dinâmico, podemos calcular a força de atrito aplicando a fórmula correspondente:
Assim, para determinar a velocidade final, devemos primeiro encontrar a aceleração do trenó, e esta pode ser calculada a partir da primeira equação de força apresentada:
Uma vez conhecida a aceleração do trenó, calculamos o tempo que leva para percorrer os 20 metros com a equação do movimento retilíneo em aceleração constante:
![\displaystyle t=\cfrac{-2\pm \sqrt{2^2-4\cdot 1.64\cdot (-20)}}{2\cdot 1.64}=\cfrac{-2\ pm 11.63}{ 3.28}=\begin{cases}2.94\\[2ex]-4.15 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}](https://physigeek.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-7aa7e01e70b4199d597d05e261c970df_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Logicamente, descartamos a solução negativa, pois o tempo é uma quantidade física que não pode ser negativa.
Finalmente, calculamos a velocidade final usando a fórmula de aceleração constante:
