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attrito

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Lessico

sm. [sec. XVIII; dal latino attrītus-ūs].

1) Forza che si esercita tra corpi a contatto attraverso superfici scabre intendendo come tali le superfici reali anche perfettamente rettificate. Nell'uso corrente, sfregamento tra due corpi (di cui almeno uno in movimento) che provoca consunzione, logorio: pneumatici consumati dall'attrito sull'asfalto; fare attrito, incontrare nel moto la resistenza provocata dal contatto con un altro corpo o dal mezzo in cui ci si muove.

2) Fig., urto d'idee o d'interessi, contrasto, dissidio: attrito fra diverse comunità religiose, fra potenze politiche; benché si fossero rappacificati, rimaneva dell'attrito fra loro.

Meccanica: attrito statico e attrito dinamico

L'esperienza di tutti i giorni mostra che per spostare un corpo appoggiato a un altro (o comunque vincolato), occorre esercitare una certa forza per dare inizio al moto e per mantenerlo. Il sistema di forze che agisce sulla superficie di contatto tra i due corpi e che si oppone al movimento relativo si chiama sistema di forze di attrito. A seconda che il fenomeno si consideri in assenza o in presenza del movimento, si parla rispettivamente di attrito statico o di attrito dinamico. Le esperienze di C. Coulomb hanno permesso di determinare quantitativamente il fenomeno e precisamente la relazione che intercorre tra reazione vincolare (forze trasmesse dal vincolo al corpo) e forze d'attrito. Nel caso ideale di vincoli lisci, la condizione perché il corpo sia in equilibrio è che la risultante delle forze attive (cioè tutte le forze che agiscono sul corpo, a eccezione delle reazioni vincolari) sia perpendicolare, nel punto di contatto, al vincolo; nel caso di vincoli scabri, il corpo può rimanere egualmente in equilibrio sotto l'azione di un sistema di forze attive la cui risultante ha una componente tangente al vincolo, e ciò in quanto la reazione vincolare che equilibra il sistema di forze attive può ammettere una componente tangente alla superficie del vincolo stesso (forza di attrito). "Il disegno 1 a pag. 118 del 3° volume illustra un’azione nella quale si debba vincere il sistema di forze d’attrito." . "Per un esempio di un'azione in cui si debba vincere il sistema di forze di attrito vedi disegno 1 al lemma del 3° volume." Il valore della forza d'attrito non può tuttavia superare un certo limite; più precisamente, supponendo di scomporre la reazione vincolare Φ nelle sue componenti normale e tangenziale alla superficie del vincolo (Φ e Φ), le esperienze di Coulomb hanno dimostrato che il valore massimo di Φ dipende dalla forza con cui il corpo preme sul vincolo, cioè si ha equilibrio purché Φ, dove μ, detto coefficiente di attrito statico, dipende solo dalla natura dei corpi a contatto (in particolare non dipende dalla superficie a contatto) e ha un valore sempre minore di 1 (per esempio, per i mattoni μ=0,4, per superfici lubrificate μ=0,07). La legge di Coulomb può essere visualizzata in un modo chiarificatore: la reazione vincolare può essere inclinata rispetto alla normale alla superficie di contatto di un angolo α, il cui valore è dato da tg ma non può uscire da un cono, detto cono d'attrito, con il vertice nel punto di contatto tra i due corpi, asse perpendicolare al vincolo e apertura 2φ, essendo φ l'angolo di attrito individuato dalla relazione tgφ=μ "Per l’esempio della legge di Coulomb vedi il disegno 2 a pag. 118 del 3° volume." . "Per l'esempio della legge di Coulomb vedi disegno 2 al lemma del 3° volume." Il massimo valore che può assumere Φ (cioè quando Φ= =μΦ) senza che il corpo inizi il movimento, si chiama attrito di primo distacco. Se cresce ancora il valore della componente tangente al vincolo della risultante delle forze attive, il vincolo non è più in grado di assicurare l'equilibrio e inizia il movimento. Il vincolo scabro si oppone comunque al movimento con una forza d'attrito Φ tangente al vincolo e proporzionale a Φ; cioè Φ=. In tal caso f è detto coefficiente di attrito dinamico e non dipende solo dalla natura dei corpi a contatto, ma anche dalla velocità. In generale, all'inizio del movimento l'attrito dinamico è minore dell'attrito di primo distacco. Finora si è parlato del fenomeno dell'attrito radente, cioè delle forze tangenziali con cui un vincolo scabro si oppone allo scorrimento del corpo sul vincolo stesso. Un vincolo scabro si oppone però anche al rotolamento del corpo e alla sua rotazione attorno a un asse normale al vincolo, attraverso una coppia di momento Γ (attrito volvente). La componente ΓT tangente alla superficie di contatto tra corpo e vincolo è dovuta all'attrito di rotolamento, mentre la componente ΓN normale è dovuta all'attrito di giro. Analogamente al caso dell'attrito radente, le esperienze di Coulomb hanno stabilito la dipendenza tra attrito volvente e forza con cui il corpo preme sul vincolo; cioè, perché sia mantenuto l'equilibrio del corpo, dovrà essere: ΓT≤ e ΓN≤ dove h e k sono detti parametro di attrito di rotolamento e parametro di attrito di giro "Per gli esempi di attrito di rotolamento e di giro vedi i disegni 3 e 4 a pag.118" . "Per gli esempi di attrito di rotolamento e di giro vedi disegni 3 e 4 al lemma del 3° volume." Per una visione più dettagliata sul fenomeno dell'attrito tra superfici separate da un velo fluido, vedi lubrificazione.

Meccanica: attrito interno

Resistenza al moto che si manifesta non tra due corpi a contatto, ma tra particelle di uno stesso corpo in moto relativo tra loro. La considerazione dell'attrito interno è fondamentale nello studio della meccanica dei fluidi.

Metallurgia

In una soluzione diluita di atomi di carbonio o azoto nella ferrite, il fenomeno dell'attrito interno permette di evidenziare la distorsione che si genera intorno a tali atomi interstiziali. Se uno degli assi del cubo del ferro, con struttura cubica a corpo centrato, viene leggermente stirato da una forza meccanica applicata al cristallo, gli atomi di carbonio e azoto, attraverso salti da un sito all'altro dentro il cristallo, si raccoglieranno preferenzialmente in quei particolari siti interstiziali che fanno dell'asse sollecitato l'asse cristallografico più lungo (asse tetragonale), cosicché il cristallo può ulteriormente allungarsi nella direzione della forza. Se la forza applicata è oscillante, in modo che prima un asse del cristallo e poi un altro viene allungato, e a una velocità tale da permettere agli atomi interstiziali di trasferirsi nei siti più favorevoli durante ogni ciclo, verrà prodotto ripetutamente del lavoro meccanico ogni qual volta il cristallo cede alla forza applicata attraverso i cambiamenti dell'asse tetragonale. Questo lavoro dissipa l'energia vibrazionale e così smorza le oscillazioni meccaniche. Studiando ampiezza e frequenza delle oscillazioni smorzate e la loro dipendenza dal contenuto d'interstiziali, dall'orientazione del cristallo e dalla temperatura, si può determinare la distorsione locale così come i movimenti e la solubilità degli elementi interstiziali.

T. Levi Civita, U. Amaldi, Meccanica razionale, Bologna, 1950; H. I. Corben, P. Stehle, Classical Mechanics, New York-Londra, 1953; H. Goldstein, Classical Mechanics, New York-Londra, 1953; B. Finzi, Meccanica razionale, vol. I, vol. II, Bologna, 1958; E. P. Bowden, D. Tabor, The Friction and Lubrification of Solids, parte II, Oxford, 1964; E. Rabinowicz, Friction and Wear of Materials, New York, 1965; J. Martin e altri, Les trattements des surfaces contre l'usure, Description et applications industrielles, Parigi, 1968; R. Resnick, D. Halliday, Fisica, vol. I, Milano, 1970; M. Clerico, Teorie sull'attrito e l'usura, Torino, 1981.