Força de atrito e plano inclinado em Física

Para introduzirmos ao assunto, vamos considerar que você está empurrando uma geladeira sobre uma superfície irregular. Admitindo que essa geladeira esteja, inicialmente, em repouso. Quando você exerce sobre a geladeira uma força horizontal (F), surge uma força que opõe à tendência de movimento. Enquanto a geladeira não se mover, essa força que se opõe à tendência de movimento, denominada atrito estático, possui intensidade igual à da força que está solicitando o movimento, no caso, a força horizontal (F) exercida por você.

Verifica-se que, se a intensidade da força exercida por você for aumentada, haverá um momento em que a geladeira atingirá a situação de iminência de movimento. Nesse instante, a força de atrito (F_at), que continua tendo a mesma intensidade que a força exercida pelo homem, atinge seu valor máximo, denominado atrito estático máximo.

A partir do momento em que você aumentar um pouco mais a força aplicada à geladeira, esta vai entrar em movimento, e o atrito no bloco será dito dinâmico (ou cinético).

Atrito Dinâmico ou Cinético

Quando um corpo é lançado com velocidade inicial vo numa mesa, ou como o exemplo descrito anteriormente, ele adquire um movimento retardado até parar. A força que garante a sua desaceleração é chamada força de atrito dinâmico ou cinético e é uma projeção da força de contato entre a mesa e o bloco.

Representando as forças que atuam no bloco, num instante qualquer do seu movimento, temos:

A força F aplicada sobre o bloco é dada por:

Experimentalmente, verificamos que o módulo da força de atrito cinético é praticamente constante e proporcional ao valor da componente normal (N) que o corpo exerce na superfície.

O coeficiente de proporcionalidade c é chamado coeficiente  de atrito cinético. É uma grandeza adimencional e depende do material de que é feito cada corpo e o grau de polimento das superfícies em contato.

Atrito Estático

Se um corpo estiver em repouso sobre uma superfície horizontal, a força de contato é normal à superfície, como vocês já viram anteriormente, e sobre ele é aplicado uma força, e momentos antecendentes a ele começar seu movimento, teremos a seguinte situação:

Nesse momento, conforme já dito no início desse conteúdo, a força de atrito (F_at) é igual à força (F). Mas, se numa mesma situação em que o bloco estiver sobre um plano inclinado, teremos:

Se aumentarmos gradativamento o ângulo de inclinação do bloco, com o bloco ainda em repouso, aumentará também a intensidade da força de atrito estático. Para um valor máximo de θ, o bloco fica na eminência de descer o plano. Neste instante, atua a força de atrito estático máximo. Seu valor, em módulo, é dado por:

Relação entre o coeficiente de atrito estático e dinâmico (cinético)

Experimentalmente é simples constatar que é mais fácil manter um corpo em movimento retilíneo uniforme, escorregando sobre uma superfície, do que fazer o mesmo corpo, sobre a mesma superfície, entrar em movimento acelerado ou retardado. Logo, podemos escrever:

Para um mesmo par de superfícies em contato, o coeficiente de atrito cinético é menor que o coeficiente de atrito estático.

Plano Inclinado

Toda grandeza vetorial pode ser decomposta em componentes ortogonais X e Y Funciona exatamente da mesma forma com que se faz na velocidade inicial do lançamento oblíquo, o vetor forma um ângulo com uma direção de referência (no lançamento oblíquo é o solo) e é aplicado seno e cosseno para determinar a velocidade na vertical e na horizontal.

Para fazer a decomposição, utilizaremos sempre o triângulo:

Considere um bloco deslizando num plano inclinado, sem atrito, que forma um ângulo θ com a horizontal. Note que, ao marcar o peso e a normal, elas não podem se equilíbram, pois não tem a mesma direção. Usamos um referencial XY inclinado em relação à horizontal e com o X na direção do movimento e fazemos a decomposição da força peso nas componentes X e Y do novo referencial.

Como não existe movimento na direção Y do referencial, podemos afirmar que a normal equilibra a componente Y do peso. Note também que no eixo X haverá uma força resultante que atua no bloco, a componente X do peso.

Podemos escrever então:

N = Py = P.cosα

F_R = P_x = P.sinα

Importante: O ângulo entre o plano inclinado e a horizontal é igual ao ângulo entre a vertical e a reta perpendicular ao planto inclinado. De acordo com o desenho acima, o ângulo θ formado entre o plano inclinado com a horizontal é o mesmo que o eixo X forma com a força peso.