Attrito

attrito

attrito [Der. del part. pass. attritus del lat. atterere "sfregare"] [MCC] Forza resistente che si desta nel contatto fra due corpi premuti uno contro l'altro e che ostacola il movimento dell'uno rispetto all'altro; con signif. meno specifico, il complesso dei fenomeni per cui si desta la predetta forza (che viene allora chiamata forza d'a.). Gli a., come forze resistenti, compiono, in condizioni di moto, lavoro negativo, ciò che implica una perdita di energia meccanica, dissipata in calore (riscaldamento di a., calore di a.); ne consegue, nelle macchine, una diminuzione del rendimento (v. tribologia). Peraltro, la presenza, pressoché inevitabile, degli a. non è sempre deprecabile: essi, per es., hanno una funzione utile, determinando l'indispensabile aderenza (←), nel moto dei veicoli terrestri, nei quali sono sfruttati anche ai fini del frenamento. ◆ [MCF] A. del mezzo: quello che si desta fra un fluido e un solido in moto relativo rispetto a esso; è una delle grandezze di interesse dell'aerodinamica e dell'idrodinamica ed è in rapporto con la viscosità (←) del fluido. ◆ [MCC] A. di giro, o d'imperniamento, o di prillamento: l'a. che si ha nella rotazione relativa di due corpi, a contatto in un punto, intorno a una stessa retta; si manifesta attraverso una coppia il cui momento può assumere tutti i valori fra zero e un massimo espresso dal prodotto della componente della mutua azione normale alla detta retta per un coefficiente di a. di giro, dipendente dalla conformazione e dalla natura delle superfici a contatto. ◆ [MCC] A. di rotolamento: lo stesso che a. volvente (v. oltre). ◆ [MCC] A. di strisciamento: lo stesso che a. radente (v. oltre). ◆ [MCC] [MCF] A. interno: quello che si ha tra parti, o per meglio dire particelle, di uno stesso corpo. (a) Per un fluido in moto laminare piano-parallelo si manifesta con tensioni tangenziali τ=μ(dv/dy), dove dv/dy è la derivata della velocità nella direzione y normale alle lamine e μ è il coefficiente di a. interno, o viscosità (←), variabile con la natura e le condizioni del fluido (per i gas, peraltro, non dipende dalla pressione). (b) Per un fluido in moto laminare qualunque le tensioni di a. sono sia tangenziali, sia normali; la tensione τrs agente su un elemento normale alla direzione xr secondo la direzione xs normale a xr vale: τrs=μ[(ðvr/ðxs)+(ðvs/ðxr)]-(2/3)μΣr=3r=1(ðvr/ðxr), dove vr e vs sono le componenti della velocità secondo le direzioni xr e xs, e la quantità fra parentesi, che misura, per r€s, la rapidità con cui va diminuendo l'angolo fra due elementi originar. diretti come le dette direzioni ortogonali fra loro, è detta velocità di scorrimento, mentre la prima delle due derivate che la compongono è detta velocità di dilatazione lineare e la sommatoria indicata si chiama velocità di dilatazione cubica. Per i fluidi incomprimibili, o quasi, tale ultima velocità è nulla, o comunque molto piccola; le tensioni normali (quelle per r=s) sono proporzionali alle velocità di dilatazione lineare, secondo coefficienti di viscosità normale, mentre quelle tangenziali (r€s) sono proporzionali alle velocità di scorrimento, secondo coefficienti di viscosità tangenziale; le due categorie di coefficienti dipendono dalla natura e dalle condizioni del fluido. (c) Per un fluido in moto turbolento la situazione è molto più complessa: v. turbolenza. (d) Nei solidi si ammette che esista una situazione simile a quella dei fluidi incomprimibili, ma i predetti coefficienti di viscosità normale e tangenziale dipendono non soltanto dalla natura del materiale, ma anche dai valori attuali della deformazione e dalle vicende precedenti, sia tecniche, sia meccaniche, la cosiddetta storia del materiale. ◆ [MCC] A. limite: v. oltre: A. radente. ◆ [MCC] A. radente: si ha sia quando un solido è poggiato in quiete su un altro solido (a. radente statico), sia quando un solido striscia su un altro (a. radente dinamico, o cinetico). (a) A. radente statico. In condizioni statiche, la situazione è quella schematizzata nella fig. 1, dove P è il peso del corpo (per semplicità, puntiforme) cui è applicata una forza di trazione T che lo costringerebbe a strisciare sulla superficie Σ di un altro corpo, A è la forza di a. (radente), V (diretta nel semispazio della normale n all'appoggio) è la reazione vincolare (risultante di A e della reazione normale N, uguale e opposta al peso); quest'ultima forma con la normale n un angolo α a priori indeterminato ma sempre non maggiore di un angolo di a. statico, φs, che dipende dalla natura e dalla scabrosità delle superfici a contatto; il cono con asse n e apertura φs si chiama cono d'attrito. Coefficiente di a. statico è la quantità tanφ (ovviamente, adimensionata); esso si determina sperimentalmente ed è generalm. minore di 1: per es., può raggiungere 0.75 fra pietre calcaree rugose, varia fra 0.65 e 0.12 al contatto fra metalli e laterizi (i valori più alti) o legnami, e può scendere a valori dell'ordine di 0.1 fra metalli, e anche a valori sensibilmente minori se s'interpone un lubrificante (v. lubrificazione); ovviamente, se l'a. è molto piccolo o addirittura nullo, l'angolo φs è praticamente nullo e la reazione vincolare è normale alla superficie d'appoggio. (b) A. radente dinamico. In condizioni dinamiche, la forza di a. è diretta antiparallelamente alla velocità relativa v (fig. 2), secondo la relazione: A=-fdN(v/v), ove fd è il coefficiente di attrito dinamico, pari a tanφd (quindi, anch'esso adimensionato), con φd angolo di a. dinamico. Si possono svolgere considerazioni simili a quelle svolte precedentemente per il caso statico, salvo che il coefficiente d'a. dipende stavolta, istante per istante, dalle vicende precedenti, tendendo in genere a diminuire via via che s'instaura il moto, sino a raggiungere, a velocità costante, un valore di regime: si parla di a. di primo distacco per indicare l'a. massimo che si ha nel passaggio dalla quiete al movimento. ◆ [MCC] A. volvente: si ha nel rotolamento di un solido su un altro solido fisso (in partic. su una superficie solida) ed è dovuto alla comparsa di una coppia di a. volvente, il cui momento vale: M=cvN, essendo N il modulo della componente normale della reazione vincolare (fig. 2) e cv il coefficiente di a. volvente (avente le dimensioni di una lunghezza); ecco alcuni valori di cv, in mm: sfera metallica su piano metallico 0.05÷0.15, cilindro di legno su piano di legno 0.1÷0.2. È notevole il fatto che la dissipazione di energia in calore per a. volvente è, per situazioni confrontabili, sempre molto minore di quella dovuta ad a. radente; ciò giustifica l'ampio ricorso che si fa, per corpi mobili, ad appoggi mediante organi volventi (ruote e simili) anziché mediante organi striscianti (pattini e simili). ◆ [MCC] Angolo di a.: v. sopra: A. radente. ◆ [MCC] Coefficiente di a.: v. sopra: A. radente e A. volvente. ◆ [MCC] Cono di a.: v. sopra: A. radente. ◆ [FTC] [MCC] [MCF] Fattore di a.: v. lubrificazione: III 490 f. ◆ [MCC] Resistenza di a.: lo stesso che forza di a.: v. sopra: [MCC].