COEFFICIENTE D'ATTRITO STATICO

Misurazione del coefficiente di attrito radente statico

Oltre alle forze attive che provocano il movimento dei corpi, esistono forze passive che lo ostacolano. Tra queste, molto importanti sono le forze di attrito. Lo scopo di questa esperienza di laboratorio è misurare il coefficiente di attrito radente.

Cenni teorici

Abbiamo tutti esperienza di quanto possa essere difficile spostare un oggetto pesante, e sappiamo anche che lo sforzo maggiore è quello necessario a metterlo in movimento. Una cassa appoggiata sul pavimento può essere messa in movimento applicando una forza 𝐹⃗, ma quando iniziamo a tirarla incontriamo una certa resistenza che ci impedisce di mettere la cassa in moto: è entrata in azione la forza di attrito radente statico 𝐹𝑆. Le forze di attrito sono forze di contatto che ostacolano o limitano il movimento reciproco dei corpi tra cui si sviluppano. La loro resistenza è dovuta al fatto che tutte le superfici, anche quelle che appaiono lisce ad occhio nudo, presentano irregolarità su scala microscopica: l’attrito tra due corpi si sviluppa nei punti di contatto tra le irregolarità delle loro superfici.

Supponiamo di tirare leggermente la cassa in direzione orizzontale mediante il dinamometro. Finché la cassa non si muove, l’attrito statico tra la cassa e il piano bilancia la forza di trazione. L’attrito statico si manifesta perché sulla cassa agisce una forza in direzione parallela alla superficie di contatto. La sua intensità è uguale a quella della forza applicata, ma di verso opposto. Continuando a tirare sempre più forte, alla fine la cassa comincia a muoversi. A quel punto abbiamo applicato una forza maggiore della massima forza di attrito che può svilupparsi tra la cassa ed il piano. Quindi la forza di attrito statico tra due corpi a contatto non può superare una certa intensità massima FSmax. Questa intensità massima è direttamente proporzionale all’intensità N della reazione normale. Possiamo scrivere FSmax = μS N dove μS è una costante di proporzionalità adimensionale che prende il nome di coefficiente di attrito statico e dipende dal materiale delle superfici a contatto.

Materiale occorrente

Morsetto

Carrucola fissa

Asta metallica da 50 cm e due aste metalliche da 75 cm

Pesi da 10 g e da 50 g

Morsa da tavolo

Cordicella

Dinamometro

Supporti per banco ottico

Portapesi da 20 g

Carrello con perni

Prerequisiti necessari

Aver acquisito il concetto di forza e di tensione del filo;

Conoscere la forza di attrito radente;

Conoscere la condizione di equilibrio per un punto materiale;

Saper leggere un grafico.

Procedimento

Innanzitutto, si devono infilare i due perni di arresto negli appositi fori praticati nelle ruote del carrello in modo da impedirne la rotazione. Si prepari poi la configurazione sperimentale illustrata in figura.

Si misuri la massa del carrello con la bilancia di precisione presente in laboratorio, se ne determini il peso e sia P1 il peso del carrello. Si pongano sul portapesi, che pende attraverso la carrucola, dei pesetti di 10 grammi (uno alla volta) fino a quando il carrello comincia a muoversi. Si indichi con F1 la forza totale applicata al carrello, tenendo conto anche del peso del portapesi (20 grammi).

Si ripeta la prova precedente caricando però prima il carrello con un peso da 50 grammi. Prendere nota del nuovo peso del carrello P2 e della forza F2 necessaria per metterlo in movimento.

Si ripeta più volte la prova aggiungendo altri pesi sul carrello e si prenda nota del nuovo peso del carrello e della forza necessaria a farlo muovere.

Ricordando che la forza necessaria a mettere in moto il carrello è uguale in modulo all’attrito radente statico (ed opposta in verso) e che il peso del carrello è uguale in modulo alla reazione normale N (ed opposta in verso) possiamo determinare nei vari casi osservati il coefficiente di attrito radente statico.

Raccolta dati

Per la determinazione degli errori sulle masse in gioco si tenga conto della sensibilità della bilancia di precisione utilizzata.