Find the coefficient of kinetic friction between
Categoria: FISICA | FORZE | FORZA ATTRITO
Testo del quesito
Un blocco di granito di 10 kg è fermo su una superficie. Spingendolo con una forza di 20 N, il blocco non si muove.
a) Quanto vale la forza di attrito statico sul blocco?
b) Se sul blocco appoggiamo un martello di 1,5 kg, di quanto cambia la forza di attrito statico? Giustifica la risposta.
Introduzione all'Argomento
1) Forze
Le forze occupano una posizione particolarmente rilevante nella fisica, in quanto fungono da tramite tra la matematica e il mondo fisico che ci circonda. Esse non solo catalizzano il cambiamento, modellando il dinamismo e la struttura delle particelle, ma incarnano anche il fulcro attraverso il quale si snodano interazioni fondamentali, dall’attrazione gravitazionale alla forza elettromagnetica. Nello studio delle forze ci imbattiamo in concetti di causa ed effetto, azione e reazione, esplorando le leggi che governano il moto e studiando i meccanismi invisibili che regolano le particelle.
2) Forza attrito
In questa lezione, ci addentreremo nel fenomeno della forza d’attrito, un aspetto quotidiano che sperimentiamo ogni volta che muoviamo oggetti su una superficie. La forza d’attrito è quella forza che si oppone al movimento relativo tra due superfici a contatto, come ad esempio una slitta che scivola lungo una collina o una tazza che viene spinta sul tavolo. La sua origine risiede nelle microscopiche irregolarità presenti sulle superfici, che tendono a “agganciarsi” l’una all’altra, ostacolando il movimento. Distinguiamo principalmente tre tipi di attrito: l’attrito statico, dinamico e viscoso.
Risoluzione – Find the coefficient of kinetic friction between
Concetti chiave utilizzati:
1. Forza Peso: La forza con cui il pianeta Terra attrae un corpo verso di essa. Questa forza è sempre diretta verso il centro della Terra e ha modulo pari a \( F_p = mg \), dove \( m \) è la massa del corpo e \( g \) è l’accelerazione di gravità.
2. Forza di Attrito: La forza di attrito è data dal prodotto tra il coefficiente di attrito (statico o dinamico in base alla situazione) e la forza premente perpendicolare alla superficie. In formule: \( F_{att} = \mu F_{\perp} \).
3. Forza Perpendicolare: La forza perpendicolare è pari al valore assoluto della somma delle componenti delle forze presenti nel problema relative all’asse y. In formule: \( F_{\perp} = | F_{1_y} + F_{2_y} + … + F_{n_y} | \).
Dati dell’esercizio:
– Massa del blocco, \( m = 3,85 \) kg
– Forza di attrito, \( F_d = 24 \) N
– Accelerazione di gravità, \( g = 9,81 \frac{m}{s^2} \)
Passaggi della risoluzione:
1. Calcoliamo la forza peso del blocco utilizzando la formula \( F_p = mg \).
\[ F_p = 3,85 \text{ kg} \times 9,81 \frac{m}{s^2} = 37,77 \text{ N} \]
2. Poiché il blocco è su una superficie orizzontale, la forza perpendicolare \( F_{\perp} \) è uguale alla forza peso \( F_p \), quindi \( F_{\perp} = 37,77 \text{ N} \).
3. Utilizzando la formula \( \mu = \frac{F_d}{F_p} \), otteniamo:
\[ \mu = \frac{24 \text{ N}}{37,77 \text{ N}} = 0,63542 \]
Risultato:
Il coefficiente di attrito cinetico tra il blocco e la superficie orizzontale è \( \mu \approx 0,635 \).
Spiegazione:
Abbiamo iniziato calcolando la forza peso del blocco utilizzando la sua massa e l’accelerazione di gravità. Poiché il blocco è su una superficie orizzontale, la forza perpendicolare è uguale alla forza peso. Infine, abbiamo utilizzato la forza di attrito data e la forza perpendicolare per calcolare il coefficiente di attrito cinetico. Il valore ottenuto, \( \mu \approx 0,635 \), rappresenta la proporzione della forza perpendicolare che viene utilizzata per creare la forza di attrito tra il blocco e la superficie.
