Força de atrito: o que é, fórmula e mais!
Você já experimentou empurrar uma caixa de madeira sobre um chão de mesmo material e depois sobre um chão feito de concreto? Se já, então você sabe que precisará aplicar forças diferentes nos dois casos para poder mover a caixa. Isso acontece porque há uma força de atrito entre a caixa e os dois tipos de chão.
O atrito faz parte da nossa vida em muitas situações, como quando caminhamos ou pegamos carona num carro. Além disso, ele provavelmente irá aparecer em uma ou mais questões do Enem. Sendo assim, confira o que é atrito, quais suas características e fórmulas.
O que é força de atrito?
A força de atrito é uma força que age de forma contrária ao movimento de um objeto. Por exemplo, ao empurrar um livro sobre a mesa, da esquerda para a direita, a força de atrito vai agir paralelamente à superfície e com sentido da direita para a esquerda.
Todo objeto, por mais que seja muito polido, contém certas irregularidades na superfície. São essas imperfeições na superfície dos objetos que dificultam o movimento dos mesmos. Sendo assim, temos o atrito, que depende dos tipos de materiais e de como eles são pressionados juntos.
Força de atrito: fórmula
A força do atrito é calculada utilizando a força normal (N), a força de atrito (Fat) e o coeficiente de atrito (μ). Assim, temos:
Fat = μ . N
Onde:
- Fat é a força de atrito (com unidade de medida em Newton);
- μ é o coeficiente de atrito (sem unidade de medida);
- N é a força normal (com unidade de medida em Newton).
Como cada objeto é composto por materiais diferentes, como borracha, madeira ou vidro, há um coeficiente de atrito específico para cada interação entre dois materiais. Confira a tabela a seguir e compare:
Outro detalhe que se pode notar é que o coeficiente de atrito é adimensional, ou seja, ele é um número puro sem unidade de medida. Assim, a única unidade de medida utilizada na fórmula da força de atrito é Newton (N), tanto para a força de atrito como para a força normal.
Apesar de a tabela mostrar apenas o atrito estático, é importante saber que há o atrito cinético. A seguir, vamos ver o que mais esses dois atritos têm a nos oferecer.
Tipos de força de atrito
Como já dito, há dois tipos de força de atrito. Elas dependem do material e também se o objeto está parado ou em movimento. Primeiro, vamos ver o que é atrito estático.
Estático
Sempre que um corpo estiver parado e sofrendo uma força que o empurra paralelamente à superfície em que ele está apoiado, mas sem se mover, estamos lidando com um atrito estático. A força de atrito estático faz com que o corpo não se mova, porém, ela tem um valor máximo, que é quando o objeto fica na iminência de entrar em movimento.
Para calcular a força de atrito estático, utilizamos a seguinte fórmula:
Fate = μe . N
Onde:
- Fate é a força de atrito estático (com unidade de medida em Newton);
- μe é o coeficiente de atrito estático (sem unidade de medida);
- N é a força normal (com unidade de medida em Newton).
Uma conclusão a que podemos chegar é que a força de atrito estático vai aumentando de acordo com a força aplicada ao objeto até que ele fique a ponto de se mover. Por exemplo, se um objeto tem força máxima de atrito estático de 10 N, ao aplicarmos uma força de 2 N, a força de atrito estático vai ser de 2 N. Quando aplicamos uma força de 5 N, a força de atrito estático vai ser de 5 N, assim sucessivamente até aplicarmos uma força maior que 10 N, pois, nesse momento, o objeto vai se mover e aí precisamos considerar o atrito cinético.
Cinético
Se a força de atrito estático se dá desde que um objeto sobre a ação de uma força e não se move até chegar à iminência de se mover, a força de atrito cinético começa a atuar quando o objeto começa a se mover. Pois mesmo que um caixote de madeira esteja se movendo por conta de uma força exercida sobre ele, ele ainda sofre a força de atrito.
Sendo assim, para calcular a força de atrito cinético, usamos a seguinte fórmula:
Fatc = μc . N
Onde:
- Fatc é a força de atrito cinético (com unidade de medida em Newton);
- μc é o coeficiente de atrito cinético (sem unidade de medida);
- N é a força normal (com unidade de medida em Newton).
Ao analisarmos as duas fórmulas — força de atrito estático e cinético —, percebemos que elas usam dois tipos de coeficientes de atrito: estático e cinético. Esses coeficientes têm valores diferentes, pois, quando o atrito é estático, seu coeficiente tende a ser maior do que quando o atrito é cinético.
Isso nos diz que, ao empurrarmos um bloco de borracha sobre uma superfície de concreto, considerando que o bloco não se move mesmo com a força aplicada, o coeficiente de atrito estático tem valor 1. Porém, a partir do momento em que ele começa a se mover, o coeficiente de atrito cinético tem valor 0,8.
Força de atrito: exercícios resolvidos
A seguir, confira alguns exercícios sobre força de atrito para você analisar como eles são resolvidos.
1. (Stoodi) Um bloco de madeira de 10 kg, inicialmente em repouso sobre uma superfície plana e horizontal, é submetido a uma força F. Sabendo que o coeficiente de atrito estático entre a madeira e a superfície é de 0,6, qual é o valor máximo de F para que o bloco de madeira permaneça em equilíbrio estático?
Adote: g = 10 m/s²
Resposta:
Essa questão está pedindo o valor máximo da força de atrito estático, que existe quando a caixa fica em iminência de se mover. Para isso, utilizamos a fórmula da força de atrito estático:
Fate = μe . N
Porém, ainda não sabemos qual o valor da força normal. Para encontrarmos o seu valor vamos utilizar a segunda lei de Newton:
F = m . a
Assim, consideramos F = N, então temos:
N = m . a
Ao substituirmos a força normal na fórmula da força do atrito estático, temos:
Fate = μe . (m . a)
Fate = 0,6 . (10 . 10)
Fate = 0,6 . 100
Fate = 60 N
2. (Stoodi) Um homem aplica uma força sobre uma caixa B, de 50 kg, que desliza numa superfície lisa (sem atrito). Sobre a caixa B existe uma caixa A de 10 kg. Considerando o coeficiente de atrito estático entre as caixas μ = 0,4, qual o valor máximo do módulo da força F, em Newtons, que o homem pode aplicar para que a caixa A não escorregue?
Dado: g = 10 m/s²
Resposta:
É preciso pensar nas forças aplicadas nos blocos e usar a terceira lei de Newton. No bloco A temos a força normal A e a força peso A aplicadas na direção vertical, mas em sentidos opostos, e força de atrito estático aplicada na horizontal para a direita. Já no bloco B temos a força de atrito estático na horizontal para a esquerda. Na vertical temos a força normal A e força peso B para baixo e força normal do solo para cima.
Após desenhar os vetores das forças precisamos pensar que, ao aplicarmos uma força no bloco B, como o A não irá deslizar sobre o B, os dois vão ter a mesma aceleração, pois vão se mover juntos. Sendo assim, precisamos achar qual é essa aceleração sobre o bloco A. Para isso, precisamos calcular a resultante das forças na horizontal (Fra), pois na vertical não há movimento:
Fra = Fate
ma . a = μe . Na
10 . a = 0,4 . (10 . 10)
a = 0,4 . 10
a = 4 m/s²
Agora que temos a aceleração do conjunto, vamos calcular a força máxima aplicada no bloco B para que o bloco A não escorregue. Assim, utilizamos a resultante das forças na horizontal do bloco B (Frb), pois não há movimento na vertical:
Frb = Fmax – Fate
mb . a = Fmax – μe . Na
50 . 4 = Fmax – 0,4 . (10.10)
200 = Fmax – 40
Fmax = 200 + 40
Fmax = 240 N
A força de atrito é um conteúdo que costuma aparecer nas questões do Enem e em outros vestibulares. Sendo assim, aconselhamos estudar muito sobre esse assunto e outros da Física. Para isso, confira nosso Plano de Estudos, que é feito de acordo com o curso em que você pretende ingressar.