Forza di attrito e accelerazione centripeta: 5 fatti

In questo articolo discuteremo 5 fatti relativi alla forza di attrito e all'accelerazione centripeta.

Prima di iniziare con i fatti dettagliati relativi alla forza di attrito e accelerazione centripeta dobbiamo avere l'idea di base della forza di attrito e dell'accelerazione centripeta. La forza di attrito è una forza che resiste al movimento di un corpo o di una superficie scorrevole sull'altro.

Se un corpo percorre una traiettoria circolare con un cambiamento nella direzione della sua velocità, l'accelerazione di esso è nota come accelerazione centripeta. La forza centripeta viene agita su quel corpo, ecco perché viene generata l'accelerazione centripeta.

In che modo la forza di attrito è correlata all'accelerazione centripeta?

Per descrivere la relazione tra forza di attrito e accelerazione centripeta dobbiamo prendere un esempio di un'auto che si muove su una curva piatta. La curva è una curva unbanked. Mentre l'auto si muove sulla strada, dovrebbe esserci la tendenza a scivolare.

Ma non scivola, perché? La risposta è l'attrito statico. La forza di attrito statica agisce nella direzione opposta al movimento dell'auto sulla strada, motivo per cui non scivola. L'unica forza che agisce sui pneumatici dell'auto in direzione orizzontale è la forza di attrito statico. 

Sappiamo tutti che la forza centripeta è necessaria a un'auto per muoversi su una curva unbanked. Quindi qui la forza di attrito statico deve essere la forza centripeta. L'espressione matematica per la forza di attrito statico è uguale a F_s= μ.N dove N indica la forza normale e μ indica il coefficiente di attrito statico. 

La normale N è equivalente al peso dell'auto che agisce in direzione discendente. Pertanto, F_s= μ.N = μ.mg Ora sappiamo tutti che l'espressione matematica per la forza centripeta è F_c = mv²/r dove v e r denotano rispettivamente la velocità dell'auto e il raggio della curva.

Pertanto, F_s= μ.N = μ.mg = F_c = mv²/r

                        v²/r = μg

Qui l'espressione matematica per il accelerazione centripeta è v2/r. Quindi possiamo dire che possiamo calcolare il valore di accelerazione centripeta dalla forza di attrito. La relazione tra forza di attrito e accelerazione centripeta è v2/r = μ.g.

Le forze di attrito possono produrre accelerazioni centripete?

Un esempio molto comune di inclinazione delle strade può aiutarci a capire se le forze di attrito possono essere in grado di produrre accelerazioni centripete. All'inizio dobbiamo sapere cos'è la banca delle strade? A volte vediamo le gomme delle auto sbandare mentre si fa un'inversione a U su una strada. 

Per eliminare questa possibilità di slittamento è prevista una forza centripeta sull'auto. È noto il fenomeno del mantenimento di un angolo per ridurre la probabilità di scivolamento di un'auto banca della strada.

Esistono 3 tipi di operazioni bancarie. Qui verrà illustrato solo il caso di come le forze di attrito possono produrre accelerazioni centripete. Se l'angolo di inclinazione è zero allora solo le forze di attrito possono produrre centripete accelerazioni. 

Quando l'angolo di inclinazione rimane zero, l'auto deve fare a turno sulle curve pianeggianti. In questo caso la forza normale diretta verso l'alto (N) bilancia il peso (mg) dell'auto che agisce verso il basso in quanto è di natura verticale. Pertanto , N =mg………(1)

Se la strada è abbastanza liscia, l'auto non può svoltare poiché scivolerà in assenza di forze di attrito. Ma nel caso di una strada dissestata la forza centripeta sarà fornita dalla forza di attrito(f) che agisce sulla strada. 

Pertanto , f = μ.N = μ.mg …………….(2) [dall'equazione (1)]

Poiché la forza centripeta (F_c= mv²/r) è fornito dalla forza di attrito (f) quindi

                        f = μ.N = μ.mg = F_c= mv²/r [dall'equazione (2)]

Pertanto , μg = v²/r

                           v = √μ.rg …………….. (3)

Qui v= v _max = la velocità massima ottenibile dall'auto su strada pianeggiante

Quando le forze di attrito producono accelerazioni centripete?

Qui possiamo fare un esempio di giostra. Supponiamo che una persona sia in piedi su una giostra e la giostra si muova ma non in modo molto veloce. Quindi la persona si ritroverà in piedi nella stessa posizione in cui si trovava quando la giostra era a riposo. 

Ora sorge la domanda su come sia possibile mentre la giostra si sta muovendo la persona dovrebbe anche cambiare posizione. La risposta è dovuta alla forza di attrito. In questo caso l'accelerazione che guadagna la persona è un'accelerazione centripeta ed è prodotta dalla forza di attrito.

In che modo le forze di attrito producono accelerazioni centripete?

Anche in questo caso prenderemo l'esempio di un'auto in movimento che vuole fare una svolta su una strada sterrata. Nella parte precedente di questo concetto è già discusso in modo dettagliato. Quindi se un'auto vuole fare una svolta su una strada pianeggiante sarà scivolata. Se non sta scivolando, allora è sicuro che c'è un'altra forza che ha ridotto le sue possibilità di slittamento.

Questa forza è una forza di attrito statico. Fornisce forza centripeta ai pneumatici dell'auto. L'accelerazione guadagnata dall'auto che è l'accelerazione centripeta è prodotta anche da questa forza di attrito statico.

Esempi di forze di attrito che producono accelerazioni centripete

Qui faremo un esempio matematico per mostrare che le forze di attrito producono accelerazioni centripete.

Problema numerico:

Un'auto si muove su una strada pianeggiante. Qual è il valore della velocità massima alla quale l'auto dovrebbe muoversi per eliminare la probabilità di sbandamento? Il valore del coefficiente di frazione statica è 0.4 e la massa dell'auto è 100 kg e il raggio della strada è 4 m. (g= 10 m/s²)

Risposta :

Nella domanda è menzionato che la strada è pianeggiante. Significa che l'angolo di inclinazione è zero.

Quindi la forza centripeta necessaria all'auto per fare una svolta è fornita dall'attrito statico.

 Qui μ=0.4,m=100 kg e g= 10 m/s²,r = 4 m

F_s= mg.mg

mg.mg = mv²/r

v _max = v = √μ.rg

v _max  = √0.4 x 4 x 10

v _max  = 4 m/s dove v _max è la velocità massima alla quale l'auto dovrebbe muoversi per eliminare la probabilità di slittamento.

Conclusione

in questo articolo viene descritta in modo elaborato la relazione tra forza di attrito e accelerazione centripeta insieme a un esempio numerico.

Leggi anche:

• L'accelerazione centripeta può essere zero
• Come trovare l'accelerazione dovuta alla gravità con la distanza e il tempo
• Come trovare l'accelerazione con il grafico temporale della posizione
• Fattori che influenzano l'accelerazione
• Accelerazione centripeta e accelerazione tangenziale
• Accelerazione centripeta e gravità
• Come trovare l'accelerazione con massa, forza e attrito
• Accelerazione centripeta in moto circolare uniforme
• Come trovare l'accelerazione angolare costante
• Esempio di accelerazione gravitazionale