L'attrito di Coulomb

Scritto da Valerio Rossi Lunedì 30 Marzo 2009

Prima di definire l'attrito passiamo per un la definizione di vincolo e del contatto. Un corpo posto su un tavolo non sprofonda perchè a contatto con il tavolo, è quindi presumibile assumere che durante un contatto i corpi si scambino delle forze.

In particolare definiamo il vincolo di contatto come un vincolo olonomo, ossia di posizione, a differenza dei vincoli anolonomi che vincolano la velocità. Dunque ogni volta che c'è contatto tra due corpi si sviluppa una reazione vincolare normale alla superficie di contatto; se pensiamo ad un'auto ferma in strada, il terreno reagisce con una forza uguale ed opposta, per il terzo principio della dinamica, al peso dell'auto. Più complicata è la situazione se il corpo è in movimento. Oltre al contatto infatti si verifica un'altra forza di reazione che si oppone al moto. Coulomb schematizzò questo fenomeno, scomponendo la risultante delle forze di attrito in due componenti ortonormali: una è la reazione normale, perpendicolare alla superficie di contatto e l'altra è l'attrito tangenziale con direzione uguale a quella del moto e verso opposto.

Con questa schematizzazione possiamo considerare l'angolo $phi$ tra la risultante e la reazione normale e dire che:

$R_A/R_N=tg phi=mu$

Dove con $mu$ intendiamo il coefficiente di attrito, il termine di proporzione tra la reazione normale e la forza di attrito tangenziale. Con questa suddivisione di vettori possiamo definire un cono di attrito attorno la reazione normale che definisce le condizioni per cui si verifica l'attrito. Ultima importante distinzione è tra attrito statico ed attrito dinamico. La differenza ovviamente si evince si i due corpi a contatto sono fermi o in moto relativo tra loro, e questo determina differenti coefficienti di attrito, dinamico $mu_d$ e statico $mu_s$. Valori tipici di attrito tra due corpi sono:

• metallo/metallo $mu_s=0,3$ e $mu_d=0,2$
• metallo/legno $mu_s=0,6$ e $mu_d=0,3$ 
• gomma/metallo $mu_s=0,8$ e $mu_d=0,6$