Imagine que você está tentando empurrar um grande guarda-roupas muito pesado, feito em madeira maciça. Apesar de toda a força empenhada por você e por todas as pessoas convidadas a ajudar, o objeto não se move. O que impede essa movimentação é o atrito estático, uma entidade da física que aparece como uma força de oposição ao movimento.
Neste artigo, você entenderá como o atrito estático aparece no dia a dia, além de conhecer fórmulas e outras explicações a respeito de atrito, que é uma grandeza física que surge no contato entre duas superfícies. Veja também como o tema aparece nos vestibulares brasileiros.
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O que é atrito estático?
O atrito estático também pode ser chamado somente de força de atrito, que se adequa apenas para as situações em que não há movimento entre as superfícies. Seria como o exemplo do guarda roupa muito pesado, de um bebê tentando empurrar um objeto muito grande, ou situações semelhantes.
Observe bem os exemplos citados no parágrafo acima, quais conceito aparecem em comum? Se você pensou na diferença de tamanho e peso entre os corpos, você acertou. É fato que a força de atrito estático está intimamente relacionada com o peso daquele objeto, quanto maior ele for, provavelmente sofrerá mais atrito.
Ao mesmo tempo, as superfícies de deslizamento também influenciam na magnitude do atrito. É como transportar uma caixa de papelão por um piso liso, plano e sem relevo; e depois tentar deslizar a mesma caixa sobre um chão cimentado, repleto de relevos, pedrinhas, irregularidades e asperezas.
Cada um desses aspectos aparece na fórmula da força de atrito estático. No caso do peso (P), será representado pelo vetor normal (N), aquele vetor que está sempre na perpendicular do objeto, com sentido oposto ao da força de peso.
A questão das qualidades e características da superfície de deslizamento é resolvida com o coeficiente de atrito estático (µE). Trata-se de um valor matemático que expressa o comportamento de duas superfícies ao deslizarem entre si. Então, cada par de materiais terá um coeficiente µE diferente.
A partir disso, a fórmula que expressa a força de atrito estático (FAE) é:
FAE = µE.N
Particularidades do atrito estático
Atrito estático em plano inclinado
Em superfícies com inclinação horizontal, o valor da normal de um corpo será igual à sua força de peso. Então, se um objeto pesa m = 10 kg, sob a ação da gravidade em g = 10m/s2, então seu peso será P = m.g = 10.10 = 100 N. Isso significa que na posição horizontal, sua normal será de P = N = 100 N.
Agora, o que acontece com a força normal quando o objeto está em um plano inclinado? Observe a imagem.
Note que o objeto está parado no plano inclinado, mas a força peso e a força normal não se equilibram entre si. Enquanto o peso aponta para baixo com um valor de 100 N, a normal (em verde) tem um valor desconhecido e é perpendicular a superfície que o corpo está/
A questão é que, para o objeto ficar parado naquela posição, todas as suas forças devem se equilibrar. É nesse momento que a força de atrito se torna tão importante. Em situações específicas, o atrito estático impede que o objeto deslize sobre o plano, equilibrando os componentes da força peso e normal.
O plano é inclinado de uma forma que o objeto teria a tendência de escorregar para a esquerda. A o atrito sempre se opõe ao movimento, então ele aparecerá paralelamente à superfície, no sentido oposto do deslizamento, como está representado na imagem abaixo.
Observe que foi necessário traçar um plano cartesiano que tenha o eixo X paralelo à superfície, enquanto que o eixo Y é perpendicular. A partir disso, houve a decomposição do vetor peso em seus componentes PY e Px, de forma que PY + Px = P.
A partir de então, como o objeto está estático, então todas essas forças precisam somar 0. Ou seja, o PX puxa para a esquerda com a mesma intensidade com que a força de atrito estático puxa para a direita. Ao mesmo tempo, a ação da gravidade em PY é igual a normal entre a superfície e o objeto.
+ Veja mais: Cálculo vetorial: o que é, como fazer e aplicações
Como vencer o atrito?
Por vezes, é necessário excluir o atrito no dia a dia, para facilitar alguns procedimentos e tornar menos cansativo. Até porque, em geral, quanto maior a força de atrito, maior a força empregada para tentar vencê-lo.
Ao observar a fórmula do atrito, fica evidente que só existem dois pontos que podem ser alterados: ou o coeficiente de atrito ou a força normal. Em geral, é pouco prático simplesmente diminuir o peso dos objetos, para atenuar os efeitos da normal.
O ponto de atuação mais fácil seria diminuir o coeficiente de atrito estático entre as duas superfícies. Para isso, é necessário tornar as duas lâminas deslizantes o mais polidas, planas e lisas possíveis.
Outro método muito utilizado são os óleos e lubrificantes. Eles criam uma película mais gordurosa, assim, diminui-se a influência da aspereza e dureza das superfícies e, com isso, facilita o deslizamento.
+ Veja também: Estática: definição, fórmulas, exemplos e resolução de questões
Atrito estático e atrito cinético
O atrito estático é aquele que aparece quando o objeto está parado, não tem nenhum movimento. Se há uma força F empurrando aquele corpo e tentando deslocá-lo, haverá um momento em que a força F empregada será exatamente igual ao máximo de atrito estático FAE máximo — esse instante é chamado de iminência de deslocamento.
Se a força F ficar maior do que FAE máximo, inicia-se o deslocamento do objeto. Mas isso não significa que o atrito entre as superfícies acabou, muito pelo contrário, agora entra em ação um outro tipo de atrito: o atrito dinâmico ou cinético.
Ele é calculado com uma fórmula igual, a diferença é que o coeficiente avalia a oposição entre as superfícies quando há deslocamento, que é o coeficiente de atrito dinâmico (µD).
FAD = µD.N
Questão sobre atrito estático
(UFSM-RS) Um bloco com peso de módulo 15 N encontra-se, em repouso, sobre uma superfície horizontal. Sendo 0,4 o coeficiente de atrito estático entre eles, o módulo da força de atrito, enquanto o bloco permanece, em repouso, é:
a) sempre igual ao módulo da força horizontal aplicada ao bloco, até o valor máximo de 6 N.
b) 6 N, para qualquer módulo de força horizontal aplicada ao bloco.
c) sempre menor que o módulo da força horizontal aplicada ao bloco, até o valor máximo de 6 N.
d) sempre maior que o módulo de força horizontal aplicada ao bloco, com um valor máximo de 6 N.
e) 15 N, para qualquer módulo de força horizontal aplicada ao bloco.
Para que o corpo permaneça em repouso, há equilíbrio entre a força peso e a força normal, o que já está resolvido para essa situação. A questão é que as forças horizontais também precisam estar equilibradas. De forma que o atrito e a força externa sejam sempre iguais, para evitar o deslocamento horizontal do material.
O atrito estático máximo que esse corpo pode receber é o de iminência de movimento:
FAE = µE.N
FAE =0,4.15
FAE = 6 N
A força aplicada deve ser sempre menor que 6, assim o atrito estático impede o deslocamento. O que torna a alternativa A verdadeira.
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