Lei de Coulomb (mecânica)
A lei de Coulomb em mecânica , batizada em homenagem a Charles Coulomb , expressa de forma muito simplificada, a intensidade das forças de atrito exercidas entre dois sólidos.
Dependendo se esses sólidos deslizam ou não uns contra os outros, falamos em deslizamento (atrito dinâmico) ou adesão (atrito estático). Em ambos os casos, as ações recíprocas exercidas entre esses sólidos incluem:
- um componente normal N que os pressiona um contra o outro,
- um componente tangencial T que se opõe, ou tende a se opor, ao deslizamento.
Adesão não deve ser confundida com adesão, que diz respeito à colagem.
Adesão ou atrito estático
Enquanto a componente tangencial T não atingir um certo limite T 0 , o escorregamento não ocorrerá; estamos em uma situação de adesão . No entanto, os sólidos podem eventualmente rolar, como uma roda de bicicleta que rola sem escorregar no chão. Quando o limite é atingido, ocorre o deslizamento.
A lei de Coulomb determina a força limite T o :
onde ƒ 0 é o coeficiente de aderência , ou coeficiente de atrito estático, cujo valor depende sobretudo dos dois materiais presentes e do estado de suas superfícies; às vezes é observado μ 0 (mu zero).
Observe que T pode assumir valores arbitrários, a lei de Coulomb apenas permite prever a intensidade a partir da qual o escorregamento ocorre.
Do ponto de vista geométrico, existe adesão desde que a força de contato
permanece em um cone de meio ângulo no vértice φ 0 , denominado ângulo de adesão, definido por
φ 0 = arctan (ƒ 0 ) = arctan (μ 0 ).Isso fornece um critério geométrico para a condição de adesão.
Deslizamento ou fricção dinâmica
Quando os sólidos deslizam uns contra os outros, o componente tangencial T é independente da velocidade de deslizamento e determinado pela lei de Coulomb :
onde ƒ, às vezes conhecido como μ (letra grega mu), é o coeficiente de atrito dinâmico ou deslizamento, o valor do qual depende, entre outras coisas, dos dois materiais presentes e do estado de suas superfícies. Do ponto de vista geométrico, isso significa que a força de contato torna um ângulo φ constante com a normal à superfície, ou que o vetor força está em um cone de meio ângulo no topo φ e do eixo normal na superfície. Este ângulo φ é chamado de ângulo de atrito, e temos:
φ = arctan (ƒ) = arctan (μ).Na maioria dos casos, temos:
, e entao
isto é, a força necessária para manter o deslizamento é geralmente menor do que a força de adesão limite. Isso explica o porquê:
- quando você empurra um gabinete, o mais difícil é colocá-lo em movimento (superar o atrito estático);
- ao frear em um carro, a distância de frenagem é maior se as rodas estiverem bloqueadas. De fato, no caso em que a roda gira, ela está localmente parada em relação à estrada e o coeficiente de atrito a ser levado em consideração é o coeficiente estático. Se a roda estiver presa, ela escorrega em relação à estrada e o coeficiente de atrito aplicável é então o coeficiente dinâmico que é menor conforme descrito acima. A pesquisa atual mostra, no entanto, que esta opinião deve ser fortemente qualificada, (veja o wikibook Tribology »freios )
- quando você move uma cadeira arrastando-a no chão, você ouve um som de tagarelice. Ao nível do contato, passa-se alternadamente de uma fase de adesão para uma fase de deslizamento.
- pode-se criar fenômenos de histerese a partir desse princípio.
Pelo contrário, para lonas ou pastilhas de freio, discos de embreagem, etc., procuram-se pares de materiais cujo coeficiente de fricção aumenta ligeiramente quando a velocidade de deslizamento aumenta.
Limites da lei
A lei de Coulomb fornece um modelo simples para descrever os fenômenos de deslizamento e adesão, mas na maioria dos casos, é necessário levar em consideração muitos outros parâmetros, como o coeficiente de deslizamento relativo entre os dois objetos, ou a superfície microscópica. Contato para obter um modelo aceitável.
Veja também
Artigos relacionados
links externos
- Coulomb e as leis da fricção no local de Ampère e a história da eletricidade