fq.pt - Forças de atrito

A força de atrito, $\vec{F}_{a}$, é uma força de resistência ao movimento (ou tentativa de movimento) de um corpo relativamente a outro.

O sentido de $\vec{F}_{a}$ é contrário ao sentido da velocidade, $\vec{v}$, ou do sentido eficaz da força que tenta mover o corpo (Figura 1).

Figura 1 - Atrito entre superfícies [Imagem: www.hk-phy.org, adaptada].

Esta força acontece sempre que há contacto entre duas superfícies e é causada pelas interações entre átomos e moléculas na superfície de contacto entre os corpos em causa.

As forças de atrito são um fator importante para a segurança e controle de movimentos.

Em algumas situações as forças de atrito são necessárias. É este tipo de forças que nos permite ter controle sobre um veículo em andamento, devido às forças de atrito entre os pneus e o chão, ou caminhar, sem escorregar, devido às forças de atrito entre as solas dos sapatos e o chão.

Noutras situações a redução das forças de atrito é importante. A diminuição das forças atrito entre as superfícies de dois corpos em contato facilita o deslizamento relativo desses corpos. Esta diminuição pode ser conseguida por:

Melhoria das superfícies em contacto (polimento ou lubrificação);
Melhoria do aerodinamismo do corpo;
Mudança dos materiais em contacto.

A intensidade da força de atrito depende:

Das superfícies dos corpos que estão em contacto (maior rugosidade $\Rightarrow$ maior atrito);
Da força normal à superfície de contato (maior normal $\Rightarrow$ maior atrito).

Existem dois tipos de força de atrito:

Força de atrito estático, $\vec{F}_{ae}$;
Força de atrito cinético, $\vec{F}_{ac}$.

Força de atrito estático

Se for aplicada uma força a um corpo em repouso, este não se move imediatamente. Existe uma força, a força de atrito estático, $\vec{F}_{ae}$, com sentido oposto ao sentido do possível movimento, que impede o movimento imediato desse corpo!

A força de atrito estático só atua no corpo antes deste iniciar o movimento.

Esta força aumenta até um valor máximo, à medida que se tenta mover o corpo, que está relacionado com a intensidade da força de reação normal ao plano, $N$, e o seu valor é calculado pela expressão

$$F_{ae}^{máximo}= \mu_{e} \; N$$

em que:
$\mu_{e}$ – coeficiente de atrito estático
$N$ – intensidade da força de reação normal ao plano (N)

Figura 2 - Força de atrito estático (valores experimentais).

A partir do momento em que o corpo se move a força de atrito passa a ser a força de atrito cinético.

Força de atrito cinético

A força de atrito cinético, $\vec{F}_{ac}$, atua depois de o corpo estar em movimento. Tem uma intensidade igual à intensidade da força que será necessário aplicar no corpo, mas em sentido contrário a $\vec{F}_{ac}$, para que o corpo se mantenha em movimento com uma velocidade constante.

Normalmente a intensidade da força de atrito estático é superior à intensidade da força de atrito cinético.

A intensidade da força de atrito cinético, $F_{ac}$, também está relacionada com a intensidade da força de reação normal ao plano, $N$, da seguinte forma

$$F_{ac}= \mu_{c} \; N$$

em que:
$\mu_{c}$ – coeficiente de atrito cinético
$N$ – intensidade da força de reação normal ao plano (N)

Figura 3 - Força de atrito cinético (valores experimentais).

Relação entre força de atrito estático e força de atrito cinético

Como se pode observar nas Figuras 2 e 3, obtidas a partir de valores experimentais, a intensidade da força de atrito estático é superior à intensidade da força de atrito cinético,

$$F_{ae}^{máximo} > F_{ac}$$

então

$$\mu_{e} > \mu_{c}$$

Figura 4 - Força de atrito estático e força de atrito cinético (valores experimentais).

Bibliografia
M. Alonso, E. J. Finn, “Física”, Escolar Editora, 2012, Lisboa.

Atualizado em 29 outubro 2023