Por que o coeficiente de atrito estático é maior do que o cinético?

11 de fevereiro, 2015 às 7:45 | Postado em Atrito, Mecânica

Professor depois de algum tempo de ter estudado Dinâmica e mais especificamente as forças de atrito cinético e estático fiquei a pensar por que que a força de atrito estático é maior do que o cinético, pois bem, existe alguma explicação para isso?

O modelo usualmente conhecido para descrever o atrito macroscópico afirma que o coeficiente de atrito estático é maior do que o c coeficiente atrito cinético.

Este é um modelo antigo, remontando a Leonardo da Vinci (1452-1519) que qualitativamente já havia observado esse comportamento. Vale destacar que esse modelo descreve com aproximação razoável o atrito apenas em condições especiais, de forma que é fácil encontrar situações do cotidiano e em laboratórios que o contradigam. Feynman em Lectures on Physics afirmava que as leis relacionadas a este modelo são “fracas” e que ainda não existe uma teoria fundamental para o atrito. Porém, dependendo de como este tema for tratado, pode apresentar potencial de se tornar um exercício mental e experimental que possibilite aos alunos construírem conhecimentos de Física. Após essas considerações, procede-se para a questão levantada.

Para ir além do que este modelo pode oferecer, deve-se considerar o que acontece em escala microscópica. Quando dois corpos estão em contato, somente alguns dos pontos da superfície destes corpos participam efetivamente do contato, o conjunto destes pontos é chamado de área de contato real. Contato pode ser pensado como a configuração em que as moléculas da superfície de um corpo estão o mais próximas possíveis das moléculas da superfície de outro corpo, no limite em que as forças elétricas de repulsão os impeçam de se aproximar. Se dois corpos idênticos sem imperfeições em suas superfícies (planamente perfeitas) fossem aproximados, o que aconteceria? Nesse limite a área de contato real é máxima. Para um cristal por exemplo, quando aproximadas essas superfícies perfeitas formar-se-ia uma superfície de contato perfeita, de forma que os dois cristais iriam fundir-se num único corpo. Portanto impurezas na superfície e rugosidades (macroscopicamente aspereza) impedem que isso aconteça.

Quando um corpo está em repouso sobre outro corpo, as impurezas e irregularidades em suas superfícies se acomodam estavelmente configurando uma distância média entre suas superfícies. Se uma superfície está em movimento relativo em relação a outra, duas coisas podem acontecer, ou alguns picos de rugosidades de uma superfície estão sendo cortados, ou a distância média entre as superfícies aumentou. Apenas em casos muito especiais a primeira condição não vem acompanhada da segunda, pois no momento da fissura dos picos de rugosidade forças elétricas mais intensas atuam sobre as moléculas da superfície contrária no sentido oposto do contato desfeito. Ao manter as superfícies em movimento, a distância média entre as superfícies converge para um valor maior do que quando elas estão em repouso. De acordo com o conceito de superfície de área real, quanto maior essa distância, menor a área de contato real, e portanto menor será o arraste, diminuindo a força contrária à direção do movimento, ou seja, menor atrito.

Para ler mais sobre o tema (referências):

Minha tese de doutorado: http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/32659/000787898.pdf?sequence=1

Livro que descreve boa parte sobre o atrito (atrito clássico) até 1954: Bowden, F.P. and Tabor, D. “The Friction and Lubrication of Solids. Part I (Second edition)”, (Oxford, Oxford University Press.)

Livro que descreve os conhecimentos contemporâneos sobre atrito: Persson, B.N.J. “Sliding Friction, Physical Principles and Aplications”

Outras questões do CREF sobre o tema:

Por que o atrito não depende da área de contato do corpo?

Evidência de que a força de atrito (in)depende da área de contato no Manual do Mundo?

O valor do coeficiente de atrito pode ser maior do que UM?

A largura dos pneus de Fórmula 1

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