Física

O que é força de atrito? Saiba tudo o que é importante!

Entenda logo o que é Força de Atrito!Entenda logo o que é Força de Atrito!

A força de atrito surge em oposição a um movimento entre duas superfícies. Ela pode existir tanto quando um corpo já está em movimento (dinâmico) como se estiver prestes a se mover (estático). Para entender mesmo o que é força de atrito, saiba que ele é causado pela rugosidade dos materiais e há fórmulas com coeficientes para calculá-la!

Neste artigo sobre o que é força de atrito, você encontrará:

  1. O que é força de atrito e suas características
  2. Porque acontece atrito e qual sua importância
  3. Tipos de atrito + fórmula: Estático e Cinético
  4. Resistência do ar

O que é uma força de atrito?

A força de atrito é uma força física que surge em oposição ao movimento de um corpo que esteja em contato com outra superfície. Ela pode existir em dois casos: quando um corpo já está em movimento (dinâmico) ou quando está prestes a se mover (estático).

Essa força está mais presente no nosso cotidiano do que imaginamos. Quando puxamos um objeto parado, por exemplo, percebemos que existe certa dificuldade em fazê-lo. Isso deve-se à força de atrito e no próximo tópico veremos mais exemplos explicados!

Por que acontece o atrito e como surge a força?

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O contato entre as superfícies é essencial para entendermos a força de atrito, pois as superfícies apresentam diferentes rugosidades microscópicas (não vemos a olho nu). 

É o encontro entre rugosidades que causa o atrito, ou seja, a sensação de “esbarrar” ou “topar”. 

Por mais lisa que uma superfície aparente ser, ela sempre terá rugosidades. Quanto maior for a rugosidade, maior será o atrito e a oposição ao movimento (força).

  • Se lembrarmos das Leis de Newton, veremos que a 3° é a da ação e reação. Vamos analisar uma pessoa andando para ver como isso se aplica:

Qual é a importância da Força de Atrito? (Exemplos)

Quando o de uma pessoa toca o chão, ele exerce uma força empurrando o chão para baixo e para trás. Assim, suas rugosidades se esbarram, causando uma tensão paralela às superfícies (na horizontal).

De acordo com a 3 ° Lei de Newton, o chão irá responder empurrando o pé da pessoa para cima (sentido oposto e mesma intensidade), e também irá empurrar a pessoa para a frente por causa do atrito causado pelo “arrastar”

  • É por causa da Força de Atrito que conseguimos pular e andar!

Ela está presente em quase todos os momentos do nosso dia a dia: quando caminhamos e pulamos, ao esfregar as mãos (aquece por causa do atrito), para colocar um carro em movimento, entre outros.

Imagine: se não houvesse atrito, caminhar seria mais difícil que tentar correr em um chão ensaboado ou no gelo! Apenas deslizaríamos infinitamente…

Ainda assim, na vida real tudo tem seu lado positivo e negativo. Muitas vezes, a força de atrito pode dificultar nossa vida: provoca desgaste em peças de máquinas, em solas de sapato, gasto maior de combustível, entre outros.

Características da Força de Atrito

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Como qualquer outra, a Força de Atrito (Fat) possui sentido (cima ou baixo, direita ou esquerda), direção (vertical ou horizontal) e módulo (valor numérico). 

Quanto à direção, perceba que a Fat age paralelamente às superfícies em contato. O sentido será sempre oposto ao movimento, como já foi dito.

O módulo Fat depende principalmente de dois fatores:

  • Força Normal (N): é uma força vertical e perpendicular à superfície que surge no corpo que está apoiado (contato) em uma superfície. Quanto maior for a força normal, maior será a força de atrito.
  • Coeficiente de atrito (μ): é uma constante, ou seja, um valor específico de cada tipo de material (madeira, papel, vidro) que indica numericamente a sua rugosidade (dado na questão ou na tabela). Quanto maior for o coeficiente, maior será a força de atrito.

IMPORTANTE! 

Não confunda a força peso com a força normal!

O peso é a força que age sobre um corpo que é puxado pelo centro de gravidade. No caso do planeta Terra, ele sempre aponta verticalmente para baixo, independente da inclinação da superfície ou se estiver flutuando (sem contato). 

Peso e Normal não são pares de ação e reação, pois Newton deixou bem claro que os pares ocorrem em corpos diferentes (um na superfície e outro no corpo). 

Essa confusão acontece porque, quando um objeto está apoiado em uma superfície plana e de inclinação 0°, Normal e Peso possuem sentidos opostos e módulos iguais, então se anulam. Mas é importante lembrar que estão em um mesmo corpo (não são pares).

Tipos de Força de Atrito e suas fórmulas

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Você deve se lembrar que, no início do texto, dissemos que a Força de Atrito pode ocorrer em duas situações: quando um corpo já está em movimento ou quando está prestes a se mover.

É daí que surgem os dois tipos:

  • Força de Atrito Estático: é a força que surge pelo atrito entre superfícies, quando estão paradas e queremos iniciar um movimento.  Ex: carro parado em um sinal vermelho que muda para verde, então dá o arranque.
  • Força de Atrito Cinético (ou Dinâmico): é a força que surge pelo atrito causado entre as superfícies, sendo uma delas já estava em movimento.  Ex: carro a 60km/h em uma estrada.

Vamos entender melhor cada uma delas e ver suas fórmulas:

Atrito Estático + fórmula

A Força de Atrito Estático (FATe) é aquela resistência inicial a ser vencida para que um objeto parado comece a se movimentar.

Imagine você tentando empurrar um carro enguiçado. Mesmo sob a ação da sua força aumentando, enquanto o carro continuar em repouso, a força de atrito que existe alí é do tipo estática. 

Apesar de todo o esforço, o veículo custa a se movimentar… Chegará o momento em que o carro ficará na iminência de movimento. Nesse ponto, a força de atrito estático é máxima

O movimento só começará quando a força que você aplicar for superior à FATe máx. Se a força for inferior à FATe max, o carro não se move nunca.

Você deve imaginar que a força feita para iniciar o movimento é maior do que aquela para manter. Isso ocorre porque, para um mesmo material, o coeficiente de atrito estático é maior do que o coeficiente de atrito cinético

Esqueceu o que é coeficiente de atrito? Releia o tópico “Características” deste resumo!

Se quisermos calcular qual foi a força de atrito a ser vencida para que o carro parado se movimente, usamos a fórmula:

FATe = μe . N

Em que:

  • FATe → força de atrito estático
  • μe → símbolo do coeficiente de atrito estático
  • N → força Normal

Atrito Dinâmico + fórmula

A Força de Atrito Cinético ou Dinâmico (FATc ou FATd) é um dos motivos para você ter que sempre aplicar força para o carro continuar o movimento. Caso contrário, essa força causaria a diminuição da velocidade até parar.

Imagine que você conseguiu tirar o carro do repouso e estava empurrando-o por uma pista plana. Mas você cansou e parou de aplicar força, achando que o carro iria continuar andando.

Inocente! Logo o carro vai perdendo a velocidade e para…

Isso ocorre porque existe um atrito entre os pneus em movimento e a pista, que acaba se opondo à velocidade adquirida pelo empurrão da sua força braçal. 

Você já ficou sabendo aí atrás que o coeficiente de atrito dinâmico é menor do que o estático, mas ele ainda existe e causa consequências bem visíveis.

Se quisermos calcular qual é força de atrito que o carro em movimento sofre, usamos a fórmula:

FATc = μc . N

Em que:

  • FATc ou FATd → força de atrito estático ou dinâmico
  • μc ou μd → símbolo do coeficiente de atrito cinético ou dinâmico
  • N → força Normal

Resistência do ar

aerodinamica-dos-corpos e formatos

A força de resistência do ar é um tipo de força própria e bem complexa. Mas nós só precisamos entender que ela é causada pela interação entre o ar (gás) e a superfície de um objeto em movimento. 

Por esse motivo ela funciona de maneira análoga ao atrito cinético, então é contrária ao movimento.

A intensidade dessa força depende de

  • Área (A) ortogonal do objeto em movimento
  • Velocidade (v) do objeto 
  • Densidade (d) do ar 
  • Coeficiente de arrastamento (cA)

É a partir desses elementos que se deduz a fórmula:

FRar = ½ cA.d.A.v²

É importante deixar claro que o coeficiente de arrastamento (cA) é uma constante que determina se o corpo em movimento é pouco ou muito aerodinâmico

  • Dizemos que tal formato é aerodinâmico quando sua estrutura é boa para o voo, ou seja, sofre pouca interferência da resistência do ar.

O formato considerado mais aerodinâmico é o da gota d’água, em que o ar é jogado  para as laterais gradativamente, criando um vácuo atrás que impulsiona o corpo.

Agora você já é capaz de entender o porquê do formato do avião e sua asa, dos carros de fórmula 1 e do trem bala!

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