Forze di attrito

L’attrito è una forza che agisce sempre in opposizione al moto relativo tra due superfici a contatto.

È una resistenza invisibile ma concreta, che si presenta in molte situazioni della vita quotidiana ed è una delle principali forze studiate in fisica.

Perché si verifica?

L’attrito è dovuto a diverse ragioni:

• Le superfici non sono mai perfettamente lisce. Ci sono delle asperità microscopiche che si incastrano tra le superfici, ostacolando il movimento. E' la causa dell'attrito radente.
  
• Alcune forze intermolecolari e legami chimici deboli (van der Waals, interazioni polari, legame a idrogeno) trattengono le molecole tra loro,
• La presenza di fenomeni adesivi in certi materiali è un ulteriore ostacolo al movimento.

Queste diverse cause dell'attrito generano diverse forme di attrito.

Nota. L’attrito trasforma energia meccanica in calore. È una delle principali cause di inefficienza nei sistemi meccanici. Ad esempio, è a causa dell’attrito che i motori si scaldano e le macchine si usurano. Per questa ragione, per ridurre l'attrito tra le parti meccaniche si utilizzano dei lubrificanti.

Tipi di attrito

Esistono diverse forze di attrito, ognuna con caratteristiche specifiche, ma tutte accomunate dalla stessa funzione: rallentare o impedire il movimento.

• Attrito radente
  L’attrito radente si manifesta quando due superfici scorrono l’una sull’altra. È il tipo di attrito più noto e si divide in due categorie:
  • Attrito statico: è la forza che impedisce a un oggetto fermo di iniziare a muoversi. Esiste fino al momento in cui la forza applicata supera una certa soglia.
  • Attrito dinamico (o cinetico): entra in gioco quando il corpo ha già iniziato a muoversi e si oppone al suo scorrimento.
  Il coefficiente di attrito statico è sempre maggiore di quello dinamico. Questo significa che per iniziare a muovere un oggetto serve più forza che per mantenerlo in movimento.

  Esempio. Spingere un armadio fermo sul pavimento richiede uno sforzo iniziale maggiore per vincere l’attrito statico. Una volta che si muove, mantenerlo in scorrimento richiede meno forza perché subentra l’attrito dinamico.

• Attrito volvente
  L’attrito volvente si verifica quando un oggetto rotola su una superficie, come una ruota, una sfera o un rullo. È molto più debole dell’attrito radente, motivo per cui si usano le ruote per trasportare carichi pesanti: riducono la resistenza al movimento.
  

  Esempio. Trascinare una valigia senza rotelle sul marciapiede è faticoso. Se invece la valigia ha delle ruote, ad esempio un trolley, basta uno sforzo minimo per farla rotolare perché entra in gioco l’attrito volvente, che è molto più basso dell'attrito radente.

• Attrito viscoso
  L’attrito viscoso si verifica quando un corpo si muove all’interno di un fluido, cioè un gas o un liquido. A differenza dell’attrito radente e volvente, questo tipo di attrito dipende dalla velocità del corpo e dalle caratteristiche del fluido come la viscosità. In particolar modo, nell'aria si parla di attrito viscoso solo se un corpo si sposta a basse velocità.
  

  Esempio. Una pallina che cade in acqua rallenta visibilmente rispetto a una che cade nell’aria. Questo perché l’acqua, essendo più densa, esercita un attrito viscoso maggiore. Per questa ragione è molto più faticoso nuotare. Lo stesso accade nell'aria. Quando una foglia cade dall'albero, il suo moto è rallentato dalla presenza delle molecole presenti nell'aria.

• Attrito aerodinamico (resistenza dell’aria o drag)
  Quando un copo si muove a velocità elevate si parla più propriamente di attrito aerodinamico. Qui l’aria non si comporta più solo come fluido viscoso, perché il corpo sposta le molecole d’aria violentemente, creando compressione, turbolenze, riscaldamento e perfino ionizzazione. Questo causa dei fenomeni non lineari, come vortici, onde d’urto e calore. È fondamentale in aerodinamica (auto, aerei, razzi, meteore).
  

  Esempio. La velocità di un aeroplano o di un missile è ridotta dalla presenza delle molecole presenti nell'aria. E' l'attrito viscoso a causare il fenomeno delle stelle cadenti. Quando una piccola roccia spaziale entra nell'atmosfera terrestre, si trasforma in una meteora: l'attrito con le molecole dell'aria la riscalda rapidamente fino a incenerirla, producendo una scia luminosa visibile per pochi secondi nel cielo.

Ecco un riepilogo sintetico delle principali differenze tra le varie forze di attrito che è utile tenere a mente.

E così via.