Força de Atrito

A força de atrito é uma força de contato entre duas ou mais superfícies que é capaz de resistir ao movimento dos corpos. Dessa forma, seja parado, na iminência do movimento (força de atrito estático) ou em movimento (força de atrito cinético), temos a força de atrito. Com a finalidade de facilitar o estudo das forças atuando sobre um bloco é comum desconsiderá-la.

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Resumo sobre força de atrito

• A força de atrito é uma força calculada através do produto da força normal com o coeficiente de atrito, que pode ser cinético ou estático.
• A força de atrito cinética é a força de atrito sobre os corpos que estão se movimentando.
• A força de atrito estática é a força de atrito sobre os corpos em repouso ou que estão quase se movimentando.

O que é força de atrito?

A força de atrito é uma força de contato que surge quando duas superfícies não polidas se atritam, evitando que os corpos descrevam um movimento perpétuo. A olho nu temos a impressão de que a maioria das superfícies são lisas, contudo todas as superfícies apresentam alguma rugosidade, até mesmo o vidro e o gelo, como descrito na imagem abaixo:

Por ser uma grandeza física vetorial, a direção, sentido e módulo da força de atrito é:

• Direção: na direção do movimento, se o movimento é horizontal, a força de atrito também será horizontal.
• Sentido: no sentido contrário ao deslocamento do corpo, se o movimento é para a direita, a força de atrito tem sentido para a esquerda.
• Módulo (intensidade ou magnitude): dado pelo produto da força normal com o coeficiente de atrito.

A força de atrito é extremamente importante, já que graças a ela podemos andar, correr e parar, escrever no papel, pintar, eletrizar os objetos, gerar fogo através do atrito entre o palito e a caixa de fósforos, segurar os objetos e muito mais.

Quais são os tipos de força de atrito?

A força de atrito pode ser estática ou cinética dependendo do movimento que está sendo realizado pelo corpo.

• Força de atrito estático: ocorre sempre que um corpo está parado ou quase iniciando o seu deslocamento, chamado de iminência do movimento.
• Força de atrito cinético: ocorre sempre que um corpo está se deslocando, seja andando, correndo ou voando.

Fórmulas da força de atrito

→ Força de atrito estático

\(\vec{f_{at}}=\ \mu_e\cdot\vec{N}\)

• \(\vec{f_{at}} \)  → força de atrito, medida em Newton [N].
• \(\mu_e\) → coeficiente de atrito estático.
• \(\vec{N}\)  → força normal, medida em Newton [N].

→ Força de atrito cinético

\(\vec{f_{at}}=\ \mu_c\cdot\vec{N}\)

• \(\vec{f_{at}} \)  → força de atrito, medida em Newton [N].
• \(\mu_c\) → coeficiente de atrito cinético.
• \(\vec{N}\)  → força normal, medida em Newton [N].

Quais são os fatores que influenciam a força de atrito?

Os fatores que influenciam a força de atrito são a força normal e o coeficiente de atrito:

• Força normal: é uma força de contato entre superfícies sustentando os corpos sobre ela. Em corpos se movendo horizontalmente, a força normal é igual à força peso. Ela é diretamente proporcional à força de atrito, de tal modo que à medida que aumentamos a força normal, temos o aumento da força de atrito e vice-versa.

Vale lembrar que não temos força normal em corpos suspensos por um fio e que a força normal não é uma força de ação ou de reação da força peso.

• Coeficiente de atrito: é uma grandeza adimensional que indica a dificuldade que uma superfície tem em deslizar sobre outra superfície. Materiais polidos como gelo e aço apresentam um menor coeficiente de atrito, por isso deslizam com mais facilidade. Esse coeficiente é diretamente proporcional à força de atrito, de tal modo que à medida que aumentamos o coeficiente de atrito, temos o aumento da força de atrito e vice-versa.

Como se calcula a força de atrito?

A força de atrito pode ser calculada sempre que levarmos em consideração o atrito entre duas superfícies (ou dois corpos). Abaixo vemos alguns exemplos de como calcular a força de atrito.

• Exemplo 1:

Calcule a força de atrito sobre uma pessoa que está quase se movendo, considerando que a força normal sobre ela é de 500 N e o coeficiente de atrito estático é 0,2.

Resolução:

Nesse caso, estamos lidando com a força de atrito estático, então a calcularemos através da sua fórmula:

\(\vec{f_{at}}=\ \mu_e\cdot\vec{N}\)

\(\vec{f_{at}}=\ 0,2\cdot500\)

\(\vec{f_{at}}=100\ N\)

A força de atrito estático é de 100 N .

• Exemplo 2:

Calcule a força de atrito sobre uma pessoa que está correndo, considerando que a força normal sobre ela é de 800 N e o coeficiente de atrito estático é 0,5.

Resolução:

Nesse caso, estamos lidando com a força de atrito cinético, então a calcularemos através da sua fórmula:

\(\vec{f_{at}}=\ \mu_c\cdot\vec{N}\)

\(\vec{f_{at}} = 0,5 \cdot 800 \)

\(\vec{f_{at}}=400\ N\)

A força de atrito cinético é de 400 N .

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Exercícios resolvidos sobre força de atrito

Questão 1

(Fatec) O bloco da figura, de massa 5 kg, move-se com velocidade constante de 1,0 m/s num plano horizontal, sob a ação da força F, constante e horizontal.

Se o coeficiente de atrito entre o bloco e o plano vale 0,20, e a aceleração da gravidade, \(10\ m/s^2\) , então o módulo da força F, em Newtons, vale:

A) 25

B) 20

C) 15

D) 10

E) 5

Resolução:

Alternativa D.

Nesse bloco temos a atuação da força normal, força peso, força de atrito e força F. Na horizontal temos que a força F precisa ser maior que a força de atrito sobre o bloco para que ocorra o movimento, então calcularemos a força F através da equação da força resultante:

\(F_R=\ F\ – Fat\)

\(m \cdot a = F - \mu_d \cdot N \)

Nesse caso, a força normal é igual à força peso:

\(m \cdot a = F - \mu_d \cdot P \)

\(m \cdot a = F - \mu_d \cdot m \cdot g \)

A aceleração será nula já que a velocidade é constante:

\(5 \cdot 0 = F - 0,2 \cdot 5 \cdot 10 \)

\(0\ =\ F\ – 10\)

\(F = 10 \, \text{N} \)

Questão 2

(Enem) Uma pessoa necessita da força de atrito em seus pés para se deslocar sobre uma superfície. Logo, uma pessoa que sobe uma rampa em linha reta será auxiliada pela força de atrito exercida pelo chão em seus pés. Em relação ao movimento dessa pessoa, quais são a direção e o sentido da força de atrito mencionados no texto?

A) Perpendicular ao plano e no mesmo sentido do movimento.

B) Paralelo ao plano e no sentido contrário ao movimento.

C) Paralelo ao plano e no mesmo sentido do movimento.

D) Horizontal e no mesmo sentido do movimento.

E) Vertical e sentido para cima.

Resolução:

Alternativa C.

A direção e o sentido da força de atrito nesse caso são paralelos ao plano e no mesmo sentido do movimento, já que a força de atrito é contrária ao movimento dos pés, que é paralelo para frente.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Mecânica. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Mecânica (vol. 1). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.