ESTUDO SOBRE O ATRITO
Wenderson Rodrigues - Viçosa, 03 de Dezembro de 2014
O atrito é o resultado da
interação por contato de duas superfícies irregulares, quando essas são
colocadas para deslizar ou tender a deslizar, uma sobre a outra. Quando se
encosta dois ou mais objetos, os átomos que os constituem interagem uns com os
outros, exercendo sobre eles uma força de atração ou repulsão. Essa força
depende da constituição química dos materiais que constituem o objeto. Por
exemplo, quando se coloca em contato um cubo de metal sobre uma mesa de vidro,
pode-se observar que ele desliza com mais facilidade do que em uma mesa de
concreto. Sabe-se que a superfície rugosa da mesa de concreto é um fator que
impede o deslocamento rápido do cubo, mas a interação atômica que existe entre
as superfícies dos materiais também influencia no seu deslocamento.
A força atômica que faz um
objeto ser atraído ou repelido por uma superfície de contato, depende da
interação entre o núcleo atômico e a eletrosfera do átomo. Se a interação entre
os elétrons de um material e o núcleo atômico do outro for mais intensa que a
força de repulsão entre elétron/elétron ou próton/próton de ambos os materiais
respectivamente, irá haver a atração entre eles, caso contrário, os átomos irão
se repelir. Quando há a atração, que na maioria das vezes não ocorre, as
superfícies se ligam quimicamente e se
fundem, dando origem a um único objeto e, com isso, deixa de existir o atrito. Na
maior parte das vezes o que ocorre é a repulsão, cuja resultante cria uma força
de contato entre as superfícies, em que a componente perpendicular é a normal e
a paralela é o atrito.
Dizemos que quando
superfícies rugosas, como por exemplo, as palmas das mãos, entram em contato e
são movimentadas de forma a friccionarem, é produzido o atrito dinâmico ou
cinético. Já o simples contado de uma mesa sobre o chão ou qualquer outro
objeto que esteja parado em relação a sua superfície de contato, mas submetido
a forças externas, tendendo ao movimento, porém ainda em repouso, denominamos
atrito estático essa interação. Casso o objeto passe a se mover, o atrito deixa
de ser estático e passa a ser dinâmico.
O atrito dinâmico está
presente em várias situações, como o deslizamento entre superfícies em contato,
eletrização de objetos, geração de centelhas e incandescência, produção de som
em instrumentos de corda, entre outros. Essa interação, que ocorrem entre
superfícies em movimento, promovem trocas de energia entre os sistemas, podendo
ser transferida da forma mecânica para a forma de som, calor ou eletricidade.
Ao esfregarmos as mãos com
o objetivo de aquece-las, transferimos energia de nossos músculos para promover sua movimentação uma sobre a outra. O aquecimento é gerado quando parte
da energia contida no movimento se transforma em energia térmica, devida a
interação por contato de ambas as mãos que, ao serem atritadas, se aquecem.
Algo semelhante, ocorre
quando um objeto entra em contado com a atmosfera de um planeta. Quando um
meteoro, por exemplo, viaja pelo espaço, ele possui uma grande energia cinética
e está praticamente livre de atritos. Ao se aproximar de um planeta que possui
atmosfera, se a atração gravitacional for intensa o suficiente para atrai-lo,
ele entrará em colisão com os átomos dos gases ou líquidos constituintes
daquela camada, o que irá provocar o atrito entre o corpo celeste e a atmosfera
local. Essa interação gera uma grande transformação de energia, principalmente
energia de movimento em calor. A causa desta transformação é o choque que os
objetos sofrem quando em contado com partículas do ar atmosférico, que colidem
com os átomos constituintes do material, proporcionando um considerável aumento
do grau de agitação de sua rede de átomos, tanto do objeto quanto do ar, fazendo
com que o corpo perca velocidade e aumente sua temperatura, que é alta o
suficiente para provocar a emissão de fótons e, com isso, torná-lo visível.
O atrito entre dois objetos
de diferente constituição química também ocasiona troca de energia. Se
friccionarmos um pedaço de lã em um bastão de plástico, veremos que eles ficam
eletrizados, um com falta de elétrons e o outro com excesso. Isso ocorre devido
a interação elétrica entre eles que, por serem constituídos de matérias
diferentes, quando atritados, podem arrancar cargas elétricas um do outro.
Ao se esfregar um bastão de
plástico ou PVC em um pedaço de lã, nota-se que o primeiro recebe elétrons.
Isto ocorre, devido a aplicação de uma força no bastão necessária para movimenta-lo em relação a superfície de contato da lã. Essa força,
que transfere a energia proveniente do corpo humano, realiza trabalho, e faz
com que a energia química dos músculos seja transformada em energia mecânica
nos braços e no bastão, gerando movimento. Logo após, por causa das
irregularidades superficiais do bastão e do pano de lã, os átomos destas
matérias se chocam entre si, e devido a afinidade eletrônica deles serem
diferentes, alguns elétrons saltam dos átomos que constitui o tecido da lã para
os átomos do bastão de plástico, tornando-o eletricamente negativo, enquanto o
pano de lã fica com falta de elétrons.
Com os exemplos citados
acima, pode ser explicado a transformação de energia para a forma de som. Quase
sempre, quando atritamos um material com outro é possível observar que há
produção de um som, que é proveniente da colisão de dois materiais. Nessa
colisão, os átomos são sujeitados a um impacto, que transfere energia na forma
de trabalho para a rede de átomos que constitui o corpo receptor do impacto,
ocasionando uma onda de choque, de átomo a átomo, que se propaga ao longo de
todo o corpo do objeto na forma de uma onda mecânica. Essa vibração do material
é transferida para o ar, que se propaga até chegar aos nossos ouvidos e então
ouvimos um som. Vale lembrar que quando uma onda mecânica se propaga em um meio,
essa também está sujeita à força de atrito, que é contrária a seu movimento, o
que ocasiona transformação da energia da própria onda.
Outra análise importante
que aqui será feita é referente ao atrito estático. Como dito acima, sabe-se
que esse só acontece quando há tendência ao movimento relativo entre duas
superfícies em contato, porém com repouso mantido. Observe a figura a baixo.
Quando um carro se encontra
estacionado em uma ladeira, ele está sujeito a força de atrito estático que o faz
permanecer em repouso, mesmo tendendo ao movimento. Essa tendência é causada
pela declividade da ladeira que, quanto maior for, maior será o atrito
necessário, entre os pneus e o chão, para mantê-lo em repouso. A força que
tenta colocar o carro em movimento é a componente tangencial do seu peso, e tem
a mesma direção da ladeira. Casso o carro adquira movimento e desça ladeira
abaixo, o atrito passa a ser dinâmico. Uma característica importante no atrito
estático é a não ocorrência de troca de energia entre os corpos em contato. Há
apenas a troca de forças entre os corpos que constituem o sistema, uma que
tende a provocar o movimento e outra de sentido oposto, que impede que o corpo
adquira movimento e realize trabalho. Portanto, se não há realização de
trabalho não há troca de energia.
