Quando mettiamo due superfici a contatto si possono avere dei fenomeni di attrito. Il modello più usato per descrivere l’attrito è quello di dire che le superfici sono ruvide e così si “incastrano tra di loro”. Si distingue tra le forme d’attrito dinamico (detto anche cinetico) e statico. Iniziamo a discutere l’attrito cinetico, ossia quando c’è uno scorrimento parallelo delle superfici a contatto. La normale N (azione normale del vincolo) è quindi perpendicolare allo spostamento. La forza d’attrito è data da: F=μN. Non posso scrivere i vettori perché F e N sono perpendicolari tra di loro. F è parallela allo spostamento e quindi con i vettori si scrive:
F=−μNu,
dove u è il vettore unitario, parallelo alla superficie con il verso del moto.
Il coefficiente è detto coefficiente di attrito dinamico. Se è presente l’attrito dinamico, l’energia non si conserva. Possiamo però applicare il teorema dell’energia cinetica che dice che la variazione dell’energia cinetica è uguale al lavoro delle forze. Facciamo un esempio, se lanciamo una massa su una superficie scabra orizzontale con una velocità iniziale v, vediamo che dopo aver percorso un certo tratto d, la massa si ferma. La sua energia cinetica iniziale 1/2 m v2 è dissipata dal lavoro dell’attrito:
Variazione energia cinetica = energia cinetica finale iniziale − energia cinetica iniziale = 0 −1/2 m v2
= Lavoro forze = Lavoro di N + Lavoro attrito = Lavoro attrito.
Il lavoro della normale è nullo, il lavoro dell’attrito deve essere negativo, per dissipare l’energia cinetica. Esso è:
lavoro attrito = − Fd = − μNd.
Notare che più è grande N e più c’è dissipazione. In questo esempio, se non ci sono altre forze, N è uguale a mg.
Attenzione però che non è sempre vero che N=mg poiché N è la reazione della superficie all'azione normale del corpo su di essa. Guardiamo la seguente figura: sulla massa m agiscono il peso e la forza F che preme il corpo sulla superficie orizzontale. La massa M agisce sul tavolo che reagisce con N che è pari a mg più F.
Attenzione però che non è sempre vero che N=mg poiché N è la reazione della superficie all'azione normale del corpo su di essa. Guardiamo la seguente figura: sulla massa m agiscono il peso e la forza F che preme il corpo sulla superficie orizzontale. La massa M agisce sul tavolo che reagisce con N che è pari a mg più F.
Se c'è l'attrito quindi, ricordiamo che nella formula si deve inserire N, controllando che N può essere diversa da mg.
Passiamo ora all’energia. Se tiriamo l’oggetto e vediamo che esso resta fermo, notiamo che non c’è variazione di energia cinetica. Sempre dal teorema dell’energia cinetica, la forza applicata F non lavora, la forza d’attrito statico non lavora.
L’attrito statico è importantissimo nel rotolamento dei corpi rigidi.