L’attrito in fisica è quella forza resistente che si oppone al movimento di un oggetto o al suo spostamento sulla superficie. Può essere di diverse tipologie: radente (statico o dinamico), volvente o viscoso. In questo articolo vi spiegheremo le caratteristiche delle varie tipologie di attrito, che effetti provocano e come ridurli.
Attrito radente
L’attrito radente nasce dallo strisciamento tra due oggetti. Questa forza di resistenza ha la stessa direzione del moto ma senso opposto. È proporzionale ad una forza perpendicolare (la forza peso) e un parametro che prende il nome di coefficiente di attrito radente, che varia in funzione dei materiali in gioco, delle rugosità delle superfici, dell’attrazione elettrostatica e dei legami chimici fra le superfici. L’attrito radente può essere statico, quando l’oggetto è inizialmente fermo, o dinamico, se l’oggetto è in movimento: l’attrito dinamico è sempre inferiore a quello statico. Per questo motivo se dobbiamo spingere un mobile da fermo sarà necessario spendere più energia rispetto a quella necessaria per far continuare a muoverne uno già in movimento.
Attrito volvente
L’attrito volvente riguarda il rotolamento fra una ruota e il terreno. Se si trasmette un momento torcente, la ruota rotola proprio grazie all’attrito, finché la forza motrice non supera un certo limite. Questo limite è proporzionale al coefficiente di attrito volvente e alla forza trasversale (forza peso), mentre è inversamente proporzionale al raggio della ruota. Al di sopra di questo valore limite, dunque per un momento torcente troppo elevato, la ruota slitta e si genera la famosa "sgommata". Questo tipo di attrito è inferiore a quello radente, da cui il successo dell’invenzione della ruota.
Attrito viscoso
L’attrito viscoso si verifica in un fluido (gas o liquido), a causa dell’interazione fra le molecole ed è espresso da un parametro adimensionale chiamato numero di Reynolds, Re. Questo è legato alla densità del fluido, alla sua velocità, alla dimensione caratteristica del sistema e alla viscosità dinamica del fluido – ossia la sua resistenza a fluire. Quando questo valore è inferiore ad 1, la velocità del fluido è bassa e la viscosità vince sulla forza di inerzia del fluido stesso. Quando questo numero supera l’unità, la velocità aumenta e la forza di inerzia prevale sulla viscosità. Per valori di Re<10000 si hanno flussi laminari, mentre per valori superiori flussi turbolenti e velocità ben superiori.
Caratteristiche ed effetti dell’attrito
L’attrito è anisotropo, ovvero dipende dalla direzione rispetto alla quale viene applicato. Questa caratteristica influenza possibili deviazioni dalla traiettoria di scivolamento. L’attrito può essere utile per il controllo del movimento e l’adesione, come nel caso dell’attrito volvente delle ruote. L’attrito inoltre genera una dispersione di calore, riducendo l’efficienza del movimento.
Come ridurlo?
Per ridurre l’adesione elettrostatica e il coefficiente di attrito radente, si possono usare materiali differenti. Esistono altri modi per ridurlo, come la lucidatura delle superfici, l’impiego di lubrificanti sintetici per la trasmissione nelle macchine utensili e l’impiego di cuscinetti nei veicoli. La tribologia, ovvero la scienza che studia l’attrito e la lubrificazione, delinea il comportamento dell’attrito su superfici lubrificate, attraverso le curve di Stribeck. L’attrito dipende dal carico (ovvero la forza peso), la velocità e la viscosità del lubrificante stesso.
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