Força de atrito – Tipos, Propriedades, Fórmulas, Exemplos e Exercícios Resolvidos

A força de atrito é uma força estabelecida entre o contato de duas superfícies. Por acontecer sempre no sentido contrário à força aplicada sobre os corpos, a força de atrito dificulta o movimento dos objetos.

O atrito é causado pela irregularidade de duas superfícies, porém podemos imaginar superfícies que não possuem atrito entre si: se duas superfícies metálicas polidas e limpas são colocadas em contato em alto vácuo, elas não deslizam uma sobre a outra, mas sim se soldam a frio, formando uma única peça.

As forças de atrito são inevitáveis na vida diária. Se não fôssemos capazes de vencê-las, fariam parar todos os objetos em movimento.

Um exemplo interessante da aplicação da força de atrito está nos postos de abastecimento. Cerca de 20% da gasolina consumida por um automóvel é utilizada para compensar o atrito das peças do motor e da transmissão.

Por outro lado, se não houvesse atrito, não poderíamos fazer um automóvel ir a algum lugar, nem usaríamos lápis e pregos, e tecidos iriam se desmanchar.

Exemplos de força de atrito

O principal exemplo cotidiano de como age a força de atrito é o contato de um carrinho de supermercado com o chão. Ao empurrá-lo, a lei da inércia – uma das Leis de Newton – prevê que o objeto fará um movimento continuo, mas, por conta da força de atrito agindo contrariamente, o corpo perderá a força e desacelerará continuamente até parar.

Sendo assim, é exemplo de  força de todo tipo de superfície que entra em contato com outra superfície, como a mobília de uma casa, os carros numa rua, o movimento dos humanos, dos animais, das máquinas, entre outros.

Tipos de força de atrito

Na física, há dois tipos de força de atrito: o estático e o cinético.

Imagine a seguinte situação: se você der um empurrão em um livro que está em uma mesa, ele irá deslizar durante um tempo, até a velocidade diminuir e se anular. De acordo com a Segunda Lei de Newton, existe uma força, paralela à superfície da mesa, com sentido oposto à velocidade do livro. Essa força é o atrito.

Empurre um caixote pesado paralelamente ao chão. Caso o caixote não se mova, de acordo com a Segunda Lei de Newton, uma força deve estar atuando sobre o caixote para se opor à força que você está aplicando. Essa segunda força tem o mesmo módulo da força que você aplicou, mas atua em sentido contrário, de modo que as duas forças se equilibram. Essa segunda força é uma força de atrito chamada atrito estático. Ela se equilibra com a força que você fez para puxar o caixote, deixando o objeto imóvel.

Quando você finalmente excede a intensidade máxima da força de atrito, o caixote começa a se mover. Ou seja, à medida que você aumenta a intensidade da força aplicada, a intensidade da força de atrito estático também aumenta, fazendo o caixote permanecer em repouso. Entretanto, quando a força aplicada atinge uma certa intensidade, o caixote começa a se mover e existe uma nova força de atrito se opondo a esse movimento: o atrito cinético.

Ou seja, enquanto o objeto está parado, o atrito estático está agindo sobre ele. Agora, quando se movimenta, o atrito cinético está tentando atrapalhar esse movimento.

Resumidamente:

• Força de atrito estática: quando existe força atuando sobre um corpo, mas ele não se move. Como uma pessoa tentando empurrar um carro sozinha, sem ter desengatado o freio de mão;
• Força de atrito cinético: ocorre quando uma força é aplicada sobre um corpo e ele se move, uma vez que a própria palavra “cinética” já implica movimentação. A exemplo está o caso de uma pessoa trombar numa cadeira, a qual escorrega e cai no chão.

Em geral, a intensidade da força de atrito cinético é menor que a intensidade da força de atrito estático. Assim, para que um caixote se mova, você deve aplicar uma força maior no começo, para iniciar o movimento, e, em seguida, poderá diminuir a força aplicada.

Propriedades do atrito

• Se o corpo não se move, a força se atrito estático e a força paralela à superfície se equilibram;
• O módulo da do atrito estático possui um valor máximo, que é dado por: F_smax= μ_{s .} N, sendo μ_s o coeficiente de atrito estático máximo e N a força normal que a superfície exerce sobre o corpo;
• Se o corpo começa a deslizar sobre a superfície, o módulo da força de atrito diminui rapidamente para um valor Fk dado por: F_k = μ_k. N, sendo μk o coeficiente de atrito cinético. Daí em diante, durante o deslizamento, uma força de atrito cinético se opõe ao movimento.

Fórmulas da força de atrito

Para cada um dos tipos de força de atrito, há fórmulas que calculam a quantidade de força de atrito aplicada sobre um determinado objeto, em uma situação em específica.

São elas:

Força de atrito estático

F_ate = μ_e.N

Sendo que as siglas representam:

• μ_{e =} coeficiente de atrito;
• N = força normal em newtons;
• F = força de atrito estático.

Força de atrito cinético ou dinâmico

F_atd = μ_d.N

Na fórmula, as siglas representam:

• Ud= coeficiente de atrito dinâmico;
• N = força em newtons;
• F = força de atrito dinâmico.

A intensidade da força de atrito depende de duas coisas:

• Da força normal N às superfícies em contato;
• Da natureza das superfícies em contato, expressa pelo coeficiente de atrito μ.

O módulo da força de atrito estático ou cinético é igual ao produto do coeficiente de atrito pelo módulo da força normal às superfícies em contato.

Além disso, a força de atrito não depende da área das superfícies em contato. O coeficiente também é quase sempre menor que o estático.

Como calcular a força de atrito?

A fórmula usada para calcular a força de atrito é:

F_at=µ.N

• Fat = força de atrito;
• u = coeficiente de atrito;
• N = força normal em newtons.

Ao estudar a fórmula da força de atrito, percebe-se que esse cálculo depende de dois fatores. O primeiro é a força normal aplicada sobre os corpos, que está apoiado no peso do objeto. O segundo é o coeficiente de atrito, o qual possui um valor diferente para cada material.

Como saber qual é o coeficiente de atrito

O coeficiente de atrito depende do material dos objetos. Além disso, pode ser medido com base em tabelas, variando porque cada superfície reage à força de atrito de uma força diferente.

A madeira bruta lisa, por exemplo, tende a escorregar mais do que uma superfície de cimento batido e polido:

Sabe-se, portanto, que o coeficiente de atrito estático é sempre maior do que o coeficiente de atrito cinético. Sendo assim, a força de atrito dinâmica tende a ser sempre menor do que a estática. Essa reflexão é representada pela expressão:

μ_{est >} μ_d

Exercício Resolvido

(FUVEST) Um tijolo, de peso igual a 100N, é arrastado com velocidade constante, sobre a rampa de um caminhão, de superfície horizontal. Determine a intensidade da força de atrito da superfície do tijolo, sabendo que o coeficiente de atrito é de 0,4.

1. Primeiramente, identificamos que a fórmula a ser usada é a da força de atrito cinética, uma vez que o tijolo se move sobre a plataforma do caminhão:F_at= µ.N
2. Então, colocamos as grandezas que constam no enunciado da expressão matemática:F_at= 0,4.100
3. Resolvemos a equação:F_at= 40N
4. Resultado da força de atrito é de 40N.

Vê-se que, para resolver um exercício de força de atrito, basta aplicar as fórmulas corretas e com as grandezas de acordo com o sistema universal de unidades, resolvendo a equação corretamente, a fim de chegar ao resultado.