Un blocco di legno di 325 g fermo su un piano
Categoria: FISICA | FORZE | FORZA ATTRITO
Testo del quesito
Un blocco di legno di 325 g fermo su un piano viene tirato con un dinamometro, come mostrato in figura. Il blocco inizia a muoversi quando il dinamometro indica una forza di 0,71 N. Calcola il coefficiente di attrito statico fra il piano e il blocco.
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 – Un blocco di legno di 325 g fermo su un piano
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 che si oppone al movimento relativo tra due superfici a contatto. La forza di attrito statico è quella che impedisce a un corpo di iniziare a muoversi e può essere calcolata come \( F_{att} = \mu F_{\perp} \), dove \( \mu \) è il coefficiente di attrito e \( F_{\perp} \) è la forza normale o perpendicolare al piano.
3. Forza Normale o Perpendicolare: La forza esercitata da una superficie su un corpo in contatto con essa, perpendicolare alla superficie. In questo caso, la forza normale è uguale in modulo e opposta alla forza peso, poiché non ci sono altre forze verticali in gioco.
Dati dell’esercizio:
– Massa del blocco, \( m \) = 325 g = 0,325 kg (convertito in chilogrammi)
– Forza misurata dal dinamometro, \( F_{din} \) = 0,71 N
– Accelerazione di gravità, \( g \) = 9,81 m/s^2
Passaggi della risoluzione:
1. Calcolo della Forza Peso:
Utilizzando la formula \( F_{p} = mg \), possiamo calcolare la forza peso del blocco.
\[ F_{p} = 0,325 \times 9,81 = 3,18825 \text{ N} \]
2. Calcolo della Forza di Attrito Statico:
Quando il blocco inizia a muoversi, la forza di attrito statico è uguale e opposta alla forza esercitata dal dinamometro. Pertanto, \( F_{att} = F_{din} = 0,71 \text{ N} \).
3. Calcolo del Coefficiente di Attrito Statico:
Utilizzando la formula:
\[ F_{att} = \mu F_{\perp} \]
Dove \( F_{\perp} \) è la forza normale, che in questo caso è uguale alla forza peso \( F_{p} \). Sostituendo i valori che abbiamo:
\[ 0,71 = \mu \times 3,18825 \]
Risolvendo per \( \mu \):
\[ \mu = \frac{0,71}{3,18825} \approx 0,2227 \]
Risultato:
Il coefficiente di attrito statico fra il piano e il blocco è \( \mu \approx 0,2227 \).
Spiegazione:
Quando un corpo è fermo su una superficie, la forza di attrito statico si oppone a qualsiasi forza esterna che tenti di farlo muovere. Questa forza di attrito statico aumenta man mano che aumenta la forza esterna, fino a raggiungere un valore massimo, dopo il quale il corpo inizia a muoversi. In questo esercizio, il valore massimo della forza di attrito statico è dato dalla forza misurata dal dinamometro, ovvero 0,71 N. Utilizzando la formula dell’attrito e conoscendo la forza peso del blocco (che in questo caso è anche la forza normale), possiamo calcolare il coefficiente di attrito statico, che rappresenta una misura di quanto sia “scivolosa” o “aderente” la superficie rispetto al blocco. In questo caso, il coefficiente di attrito statico è \( \mu \approx 0,2227 \), il che indica una certa aderenza tra il blocco e la superficie.
