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L’Attrito statico
La forza di attrito statico
Proviamo a spingere un tavolo pesante: dapprima lo spingiamo piano, ma il tavolo non si muove;
allora lo spingiamo un po’ più forte, ma ancora il tavolo non si muove. Finalmente diamo una bella
spinta e il tavolo si sposta. Quindi, finché la nostra spinta è debole c’è un’altra forza che la annulla
completamente, altrimenti il tavolo non resterebbe fermo. Questa forza si chiama attrito statico e si
indica con Fs . L’origine dell’attrito statico va ricercata nei legami che si formano a livello
microscopico tra i due materiali a contatto. Questi legami sono come tante cordicelle che tengono
unite le due superfici: fintanto che la spinta è debole le cordicelle sono abbastanza resistenti per
garantire l’equilibrio, ma se la spinta diviene sufficientemente forte le cordicelle si spezzano e si
rompe l’equilibrio.
L’attrito statico è una forza che si oppone alle eventuali altre forze annullandole
completamente finché queste sono deboli, ma se diventano sufficientemente intense l’attrito
sparisce.
Per calcolare il valore della forza applicata oltre il quale l’attrito statico sparisce limite riferiamoci
ad un altro esempio. Sappiamo che ci vuole una spinta più forte per spostare il solito tavolo se un
nostro compagno vi monta a sedere sopra, cioè se aumenta la forza con cui il tavolo preme sul
pavimento (peso del tavolo + peso del compagno), detta forza premente. Misure accurate rivelano
che la massima forza Fs −max a cui l’attrito riesce ad opporsi, e che chiameremo forza di distacco, è
proporzionale alla forza premente F p , cioè
Fs −max = k s ⋅ F p
Il coefficiente di proporzionalità k s prende il nome di coefficiente di attrito statico, dipende dai
materiali da cui sono costituite le superfici a contatto. Per determinare il coefficiente di attrito
statico è sufficiente misurare la forza premente e quella di distacco e poi invertire la formula data
F
sopra. Cioè: k s = s −max . Da questa relazione si vede che il coefficiente di attrito è un numero puro:
Fp
esso infatti è dato dal rapporto di due forze. I valori del coefficiente di attrito statico per alcune
coppie di materiali sono elencati nella seguente tabella:
Prima superficie
Acciaio
Alluminio
Rame
Ottone
Zinco
Vetro
Téflon
Téflon
Grafite
Legno (bagnato)
Seconda superficie
Acciaio
Acciaio
Acciaio
Acciaio
Ghisa
Vetro
Téflon
Acciaio
Grafite
Legno (bagnato)
Coefficiente di attrito
0,74
0,61
0,53
0,51
0,85
0,95
0,04
0,04
0,10
0,20
La forza premente è la forza perpendicolare alla superficie sulla quale si sviluppa l’attrito. Per un
corpo appoggiato su un pavimento orizzontale essa è data dal peso del corpo, se però ci sono altre
forze in direzione verticale essa sarà la somma del peso e di queste altre forze.
L’attrito statico nel quotidiano
Nella vita di tutti giorni abbiamo a che fare continuamente con l’attrito. Si potrebbe pensare che esso renda sempre più
faticose e complicate le operazioni che dobbiamo fare. In effetti quando dobbiamo spostare oggetti pesanti l’attrito non
ci è certo di aiuto, ma ci sono molte altre situazioni in cui senza l’attrito ci troveremmo veramente in difficoltà.
Proviamo ad immaginare un mondo senza attrito: ci appoggiamo ad un tavolo e questo se ne và, ci mettiamo a sedere e
la sedia parte e finché non trova un muro non si ferma! Senza l’attrito statico, poi, non sarebbe possibile una delle azioni
più fondamentali della nostra vita: camminare. Infatti quando facciamo un passo i muscoli della nostra gamba spingono
il piede appoggiato a terra all’indietro. A causa dell’attrito tuttavia il piede non può andare indietro e così è il corpo che
viene spinto in avanti. Per convincerci di questo fatto pensiamo a cosa accade quando proviamo a camminare su una
superficie ghiacciata o con un paio di pattini a rotelle ai piedi...
Verifiche di comprensione
1. Cosa succede se provo a spingere molto debolmente un pesante armadio appoggiato sul
pavimento?
2. Nel caso della precedente domanda, cosa succede se aumento gradatamente la forza applicata
all’armadio?
3. Perché si parla di attrito statico?
4. Quanto vale la forza di attrito statico agente su un corpo fermo su un piano in presenza di attrito
statico al cui viene applicata una spinta di 10 N?
5. Qual’è l’origine microscopica della forza di attrito statico?
6. Definisci la forza di attrito statico.
7. Cosa si intende per forza premente?
8. Cosa si intende per forza di distacco?
9. Che cos’è il coefficiente di attrito statico?
10. Come si calcola la forza di distacco?
11. In quali unità del SI si misura il coefficiente di attrito statico?
12. Descrivi un procedimento pratico per misurare il coefficiente di attrito statico tra due superfici.
Verifiche di conoscenza
1. Un corpo di 80 kg è appoggiato su un piano orizzontale; il coefficiente di attrito statico tra il
piano ed il corpo vale 0,3. Al corpo viene inoltre applicata una forza orizzontale di 100 N. La
forza di attrito statico tra il corpo e il piano vale:
a. 235,2 N
b. 100 N
c. 784 N
d. La forza di attrito statico è assente perché il corpo si muove
2. La massima forza di attrito sviluppabile è uguale a:
a. la forza di distacco
b. il prodotto del peso per il coefficiente di attrito
c. la forza esterna applicata
3. Il coefficiente di attrito statico è dato dal ... tra la forza ... e la forza ...
4. È vero o falso che la massima forza di attrito statico che può mantenere in equilibrio un corpo
appoggiato su un piano orizzontale si calcola moltiplicando il suo peso per il coefficiente di
attrito?
5. Il coefficiente di attrito tra gli sci e la neve fresca vale all’incirca 0,04. Quanto vale la forza di
attrito statico agente su uno sciatore di 70 kg di massa fermo e in piedi su un tratto orizzontale
della pista? [figura 4: sciatore in piedi su un tratto orizzontale con le gambe leggermente
divaricate e le mani appoggiate sui fianchi. Didascalia: ‘Quesito 5’]
6. Perché per spostare in orizzontale un oggetto molto pesante (come un pianoforte) può essere
utile dare anche una piccola spinta verso l’alto?
7. Perché per spostare il pianoforte del quesito precedente può essere utile strofinare un pezzo di
sapone sul tratto di pavimento su cui esso dovrà passare?
Problema svolto 1 – Calcolo della massima forza d’attrito statico
Un libro di 2 kg di massa viene spinto contro una parete verticale con una forza F di 20 N ; se il
coefficiente di attrito tra la parete e il libro vale 0,9, dire se il libro resterà fermo o scivolerà a terra.
Scriviamo i dati del problema
Massa del libro: 2 kg
Forza premente (orizzontale): 20 N
Coefficiente di attrito statico: 0,9
Analisi e soluzione
Il peso e l’attrito sono verticali mentre la forza premente è orizzontale. La massima forza di attrito
sviluppabile, pari alla forza di distacco, è Fs − max = k s ⋅ F = 0,9 ⋅ 20 N = 18 N; essa deve opporsi al
N
peso che vale P = m ⋅ g = 2 kg ⋅ 9.8 = 19,6 N . Possiamo quindi dire che essa non sarà sufficiente
kg
a garantire l’equilibrio e che il libro scivolerà a terra.
Problemi
1. Quanto vale la minima forza necessaria per spostare in orizzontale un tavolo di 45 kg se il
coefficiente di attrito tra il tavolo e il pavimento vale 0,65?
2. Tirando orizzontalmente mediante un dinamometro un piattino da 50 g su cui sono stati posti
100 g di pesetti, si osserva che esso inizia a muoversi quando la forza applicata raggiunge il
valore di 1,1 N. Quanto vale il coefficiente di attrito tra il tavolo e il piattino?
3. Cinque ragazzi – ognuno dei quali riesce a sviluppare una spinta di 450 N – devono spostare un
grosso armadio di 200 kg; il coefficiente di attrito tra l’armadio e il pavimento è pari a 1,2.
a. Inizialmente tutti e cinque spingono. Quanto vale la forza premente? Quanto vale la forza di
distacco? Quanto vale la spinta totale? Riescono a far muovere l’armadio?
b. Uno dei cinque va a sollevare l’armadio mentre gli altri quattro continuano a spingere.
Quanto vale la forza premente? Quanto vale la forza di distacco? Quanto vale la spinta
totale? Riescono a far muovere l’armadio?
c. Due dei cinque vanno a sollevare l’armadio mentre gli altri tre continuano a spingere.
Quanto vale la forza premente? Quanto vale la forza di distacco? Quanto vale la spinta
totale? Riescono a far muovere l’armadio?
4. Un corpo del peso di 49 N è appoggiato su un piano inclinato di 30° rispetto all’orizzontale; tra
il corpo e il piano è presente attrito statico e il corpo è in equilibrio.
a. Quanto vale la componente della forza peso lungo il piano?
b. Quanto vale e come è diretta la forza di attrito statico?
c. Quanto vale la forza premente?
d. Possiamo quindi dire che il coefficiente di attrito statico è sicuramente maggiore di...
5. Sfruttiamo i risultati del precedente esercizio per interpretare un semplice esperimento: se
creiamo un mucchietto di sabbia osserviamo che non è possibile aumentare l’angolo di
inclinazione del pendio oltre un certo valore.
a. Come possiamo interpretare questo fatto in termini della forza di attrito statico?
b. Realizzando un mucchietto con dei sassolini di ghiaia aventi mediamente una massa
di
−4
10 kg si osserva che non si riesce ad ottenere pendii con una inclinazione maggiore di 37°.
Quanto vale il coefficiente di attrito statico tra sassolini di ghiaia?

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