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Por que o atrito não depende da área de contato do corpo?

Por que o atrito não depende da área de contato do corpo?

Por que o atrito não depende da área de contato do corpo? Pesquisei em alguns lugares mas eu não consigo achar o por quê, alguém pode me ajudar?

Pergunta originalmente feita em
http://br.answers.yahoo.com/question/ .

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira

Para responder a pergunta considerarei que ela se refere à força de atrito entre duas superfícies sólidas, por exemplo, a superfície de uma caixa em contato com um assoalho. Leonardo da Vinci (1452-1519), ao estudar experimentalmente o atrito nas circunstâncias explicitadas acima, constatou experimentalmente que o VALOR MÁXIMO da força de atrito entre as duas superfícies é independente da área de contato mas depende da intensidade da força de compressão entre as duas superfícies (força normal às superfícies em contato) e da natureza das superfícies (entenda-se, do material do qual são feitas ambas as superfícies, do grau de polimento de ambas as superfícies. …). Este resultado de independência com a área de contato é contraintuitivo e se constituiu em um resultado de medidas cuidadosas para o qual não havia uma explicação simples. Vide um artigo sobre os experimentos de Leonardo da Vinci em tribologia aqui.

A ciência que estuda o fenômeno do atrito é denominada de TRIBOLOGIA. Cientistas posteriores a Leonardo, como por exemplo Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806), confirmaram os seus resultados experimentais. A teoria sobre o que acontece em nível microscópico com as interações por atrito é um campo de pesquisa atual em física. Um modelo explicativo simples para esse interessante e contraintuitivo resultado experimental da independência da força de atrito máxima com a área de contato passa pelos seguintes pressupostos:

1- A área de contato EFETIVA em nível microscópico entre os dois sólidos é muito menor do que a área APARENTE (área em nível macroscópico tomada como área de contato) pois os dois corpos se tocam apenas em alguns pontos dessa área.

2- A intensidade máxima da força de atrito depende do número de pontos de contato entre os dois sólidos, ou dizendo de outra maneira, depende da área EFETIVA e não da área APARENTE.

3 – A área EFETIVA de contato, mantida a área APARENTE constante, é diretamente proporcional à intensidade da força de compressão (força normal à superfície de contato). Dizendo de outra forma, mantida a área APARENTE constante, a área EFETIVA aumenta conforme aumenta a pressão.

Imaginemos agora o seguinte, num caso em que a intensidade da força normal à superfície de contato seja mantida constante. Ao diminuirmos a área APARENTE, aumentamos a pressão. Ao aumentar a pressão, aumentaria proporcionalmente o número de pontos de contato caso a área APARENTE não tivesse sido diminuída. Como, por suposição, a área APARENTE diminuiu, o número total de pontos de contato PERMANECEU CONSTANTE. Permanecendo constante o número total de pontos de contato, a intensidade máxima da força de atrito É CONSTANTE. Conclusão para este modelo: de fato a intensidade da máxima força de atrito depende da área EFETIVA de contato que permanece constante quando a área APARENTE diminui ou aumenta, desde que mantida constante a intensidade da força normal. Ou seja, em nível microscópico o modelo vai em acordo com a nossa intuição: a força de atrito máximo depende da área, desde que a área considerada seja a área EFETIVA e não a área APARENTE.

Um último comentário para terminar: existem muitas razões importantes para se desejar que a largura dos pneus de um automóvel de corrida seja maior do que a dos pneus convencionais. Entretanto a intuição das pessoas reduz erroneamente essas razões apenas a um suposto ganho em força de atrito. Vide A largura dos pneus de Fórmula 1.

Caso deseje se informar mais sobre atrito e resistência ao rolamento em pneus acesse Por que os pneus de algumas bicicletas operam com pressão tão alta? .

Mais sobre atrito e resistência ao rolamento em pneus em A Física dos Pneumáticos    em https://periodicos.ufsc.br/ ou em www.if.ufrgs.br/~lang/ .

Outras postagens sobre atrito:

Por que o coeficiente de atrito estático é maior do que o cinético?

O valor do coeficiente de atrito pode ser maior do que UM?

Força de atrito no rolamento: duas situações paradoxais

Tirando a toalha da mesa de banquete: o vídeo é fake?

Evidência de que a força de atrito (in)depende da área de contato no Manual do Mundo?

“Docendo discimus.” (Sêneca)
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Considerações ao do prof. Alexandre Medeiros (UFRPe) pelo FB em 10/04/2013 

Alexandre Medeiros: Realmente a justificatica microscópica das peculiaridades da força de atrito NÃO é simples. Eu também aprendi, nos anos 60 e 70, no velho Sears e no Halliday essa metáfora da pressão influenciando a quantidade dos pontos de contato.

Alexandre Medeiros: Mas, parece que a coisa é bem mais complexa e precisa incluir também a adesão muitas vezes ocorrida. De toda forma, gostaria de mencionar DOIS TEXTOS sobre o assunto. O primeiro é básico e com uma pequena introdução histórica sobre o ATRITO: Bhushan, B. “Tribology: Friction, Wear, and Lubrication.ftp://idc18.seu.edu.cn/Pub2/EBooks/Books_from_EngnetBase/pdf/8576/Section04/ch21.PDF

Alexandre Medeiros: O segundo texto, de outubro de 1996, constitui um marco na moderna compreensão do ATRITO e no seu até então insuspeito relacionamento com a criação de ondas sonoras. Trata-se do influente artigo da JACQUELINE KRIM saido na Scientific American: FRICTION AT ATOMIC SCALE. http://www.physics.ncsu.edu/nanotribology/publications/ref58.pdf

Alexandre Medeiros: Um livro mais recente (2002) que reune tanto as explicações clássicas do ATRITO (aquela coisa da pressão e dos pontos de contato) quanto as que envolvem a Mecânica Quântica, além de conter um ÓTIMO HISTÓRICO do tema é o do Meyer et al: NANOSCIENCE: FRICTION AND RHEOLOGY ON NANOSCALE. http://www.amazon.com/Nanoscience-Fricti on-Rheology-Nanometer-Scale/dp/9812380620/ref=sr_1_fkmr0_1?ie=UTF8&qid=1365587808&sr=8-1-fkmr0&keywords=friction+and+rheology+nanoscale+meyer

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