Atrito

Um pneu derrapando no concreto seco tem coeficiente de atrito de cerca de 0.7; no concreto molhado, ele cai para cerca de 0.5.

A força que se opõe ao deslizamento

O atrito é a força entre duas superfícies em contato que se opõe ao deslizamento de uma sobre a outra. Ele faz um livro que desliza parar, permite que os freios funcionem e também que você caminhe: tente andar no gelo liso para perceber o quanto depende dele. O atrito sempre atua ao longo da superfície e contra o movimento, ou contra o movimento que ocorreria se ele não existisse. A OpenStax observa que, embora comum, o atrito tem um comportamento muito complexo e ainda não é totalmente compreendido; por isso, dependemos bastante de regras simples obtidas em experimentos.

Observe duas superfícies ao microscópio: mesmo as polidas são irregulares e só se tocam nas pontas de minúsculas saliências. Parte do atrito vem dessas saliências se prendendo umas às outras, e boa parte vem da aderência entre as moléculas das superfícies nos pontos de contato.

Atrito estático e cinético

Empurre de leve um caixote pesado e nada acontece. O atrito estático iguala exatamente seu empurrão, de modo que a força resultante é zero. Se você empurrar com mais força, o atrito estático cresce para acompanhá-la, até um limite. Quando esse limite é ultrapassado, o caixote começa a deslizar e passa a atuar o atrito cinético. Ele costuma ser menor, por isso é mais fácil manter um caixote em movimento do que colocá-lo em movimento. As regras são f_s ≤ μ_s N para o atrito estático e f_k = μ_k N para o cinético, em que N é a força normal e μ (a letra grega mi) é o coeficiente de atrito daquele par de superfícies.

A OpenStax apresenta esses valores com um ou dois algarismos de propósito: o atrito varia conforme a limpeza, a rugosidade e a umidade das superfícies, então os coeficientes são aproximados. Considere um caixote de 100 kg em um piso horizontal, com μ_s = 0.45 e μ_k = 0.30. Seu peso e, portanto, a força normal são 100 × 9.81 = 981 N. Para colocá-lo em movimento, você precisa empurrar com mais de 0.45 × 981 ≈ 441 N. Para mantê-lo deslizando com rapidez constante, bastam 0.30 × 981 ≈ 294 N.

Do que o atrito não depende

Por mais estranho que pareça, o atrito quase não depende da área de contato. Um tijolo desliza com aproximadamente o mesmo atrito tanto deitado quanto apoiado na face estreita. O contato real ocorre apenas nas saliências, e uma pressão maior aumenta essa área real; distribuir o peso por uma face maior não a aumenta. O atrito depende da força normal e dos materiais. Em velocidades comuns, o atrito cinético também varia pouco com a rapidez, ao contrário da resistência do ar.

Meça μ com um livro e uma moeda

Coloque uma moeda sobre um livro de capa dura e incline-o lentamente. Em certo ângulo, a moeda começa a deslizar; dê uma leve batida no livro e encontre o ângulo em que ela desce com rapidez constante. Nesse ângulo, a componente do peso ao longo da inclinação, m g sin θ, iguala o atrito cinético, μ_k m g cos θ, de modo que μ_k = tan θ. Se a moeda desliza de maneira uniforme a 17°, μ_k ≈ tan 17° ≈ 0.31.

O atrito também determina a rapidez com que um carro pode parar. Se as rodas travam e os pneus derrapam, o atrito cinético é a única força horizontal; assim, a desaceleração é μ_k g e a distância de derrapagem é v² ÷ (2 μ_k g). A 25 m/s (90 km/h), com μ_k = 0.7 no concreto seco, o carro derrapa cerca de 45.5 m; no concreto molhado, com μ_k = 0.5, cerca de 63.7 m. Esse modelo é simplificado: não considera o tempo de reação do motorista nem os freios antitravamento dos carros modernos, que mantêm a aderência dos pneus por atrito estático.