Per contribuire alla riduzione della velocità
Categoria: FISICA | FORZE | FORZA ATTRITO
Testo del quesito
Per contribuire alla riduzione della velocità, le vie di fuga dei circuiti automobilistici sono normalmente ricoperte da materiali ad alto coefficiente di attrito con gli pneumatici ($\mu_d = 0,97$). Una monoposto con pilota, dalla massa complessiva di 620 kg, esce su una di queste vie di fuga. Calcola qual è la forza frenante esercitata dall’attrito.
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 – Per contribuire alla riduzione della velocità
Concetti chiave utilizzati e spiegazione:
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.
Forza di Attrito: La forza di attrito è data dal prodotto tra il coefficiente di attrito (in questo caso dinamico) e la forza premente perpendicolare alla superficie. In formule:
\[ F_{att} = \mu F_{\perp} \]
Dove \( F_{\perp} \) è la forza perpendicolare, che in questo caso è pari al peso del corpo, poiché non ci sono altre forze verticali in gioco.
Dati dell’esercizio:
– Massa della monoposto con pilota: \( m = 620 \) kg
– Coefficiente di attrito dinamico: \( \mu_d = 0,97 \)
– Accelerazione di gravità: \( g = 9,81 \frac{m}{s^2} \)
Passaggi della risoluzione:
1. Calcoliamo la forza peso \( F_p \) della monoposto con pilota:
\[ F_p = m \times g \]
\[ F_p = 620 \, \text{kg} \times 9.81 \, \frac{\text{m}}{\text{s}^2} = 6082 \, \text{N} \]
2. Calcoliamo la forza di attrito \( F_{att} \) utilizzando il coefficiente di attrito dinamico e la forza peso:
\[ F_{att} = \mu_d \times F_p \]
\[ F_{att} = 0,97 \times 6082 \, \text{N} = 5899,54 \, \text{N} \]
Risultato:
La forza frenante esercitata dall’attrito sulla monoposto con pilota è di \( 5899,54 \, \text{N} \).
Spiegazione:
Quando una monoposto esce sulla via di fuga, la forza di attrito tra gli pneumatici e la superficie della via di fuga agisce come una forza frenante. Questa forza di attrito è proporzionale al peso della monoposto e al coefficiente di attrito tra gli pneumatici e la superficie. In questo caso, dato che il coefficiente di attrito è molto alto (\( \mu_d = 0,97 \)), la forza di attrito (o forza frenante) è anch’essa molto elevata, permettendo alla monoposto di fermarsi in modo efficace e sicuro.
