Le forze di attrito

Abbiamo visto che, in apparente contraddizione con la prima legge della dinamica, un corpo lanciato a velocità costante su una superficie qualunque dopo un certo tempo rallenta e finisce col fermarsi. La causa di ciò è in realtà dovuta all'azione esercitata sul corpo da particolari tipi di forze, dette forze di attrito (o attrito), che si oppongono al suo movimento. Le forze di attrito rappresentano la resistenza che occorre vincere per far muovere un corpo rispetto a un altro con cui è a contatto, o per mantenere un reciproco movimento.

Vi sono due tipi fondamentali di attrito: l'attrito statico, che si manifesta quando si vuole mettere in moto un corpo fermo, e l'attrito dinamico, che si manifesta quando si vuole mantenere in moto un oggetto in movimento (distinto a sua volta in attrito radente, che deriva dallo scivolamento di una superficie solida su un'altra, e in attrito volvente, che nasce dal rotolamento di un oggetto su una superficie).

L'attrito dipende, oltre che dalle forze esterne applicate, dalla natura dei corpi coinvolti.

Nel caso di attrito radente, si considerino due corpi a contatto, in movimento l'uno rispetto all'altro, come per esempio una cassa che striscia sopra un piano orizzontale. La forza di attrito radente, Fa, può essere espressa dalla relazione:

dove Fn è la risultante delle forze esterne che agiscono perpendicolarmente alla superficie di contatto tra i due corpi (la forza peso perpendicolare alla superficie d'appoggio nell'esempio della cassa) e μr una costante di proporzionalità, detta coefficiente di attrito radente, che esprime la dipendenza dell'attrito dalla natura delle superfici a contatto (poiché μr è il rapporto tra due forze, ne consegue che è una grandezza adimensionata, cioè un numero puro). Quando i due corpi sono a riposo si misura, invece, un coefficiente di attrito statico, μs, che risulta sempre leggermente superiore a quello riscontrabile nel corrispondente caso dinamico. La tabella 5.1 riporta una serie di coefficienti di attrito statici e dinamici, misurati per alcune coppie di superfici a contatto.

Nel caso di attrito volvente (dovuto al rotolamento di un corpo su una superficie) la forza di attrito (sempre inferiore rispetto al caso dell'attrito radente) risulta ancora direttamente proporzionale alla componente perpendicolare della forza peso, ma anche inversamente proporzionale al raggio (R) del corpo che rotola:

dove μv è il coefficiente di attrito volvente.

Per le proprietà dell'attrito volvente è quindi preferibile spingere un carro su ruote di grandi dimensioni, piuttosto che farlo strisciare sulla strada o dotarlo di ruote più piccole.