Forza d'attrito nel rotolamento

[matteo_g1]

Ciao, in un oggetto che ruota come questo in figura dell'halliday resnick perchè la forza di attrito è disegnata verso sinistra se l'oggetto ruota in senso orario ?





mi sembra di aver capito leggendo la teoria che la forza di attrito di un oggetto che rotola ( che abbia o meno un accelerazione ) è sempre diretta nel verso di "verso della rotazione" o sbaglio ?

[Magma1]

"matteo_g":mi sembra di aver capito leggendo la teoria che la forza di attrito di un oggetto che rotola è sempre diretta nel verso di "verso della rotazione" o sbaglio ?

La teoria è giusta ma è sbagliata l'applicazione che ne hai fatto: il corpo rotola in senso orario e, nel punto a contatto con la superficie di rotolamento, la forza è diretta come riportato in figura.

Una piccola precisazione se il corpo è in moto, non si parla di forza di attrito ma di aderenza; la quale ha direzione uguale alla risultante delle forze esterne e verso opposto.

[matteo_g1]

Ed allora quando mi trovo nel caso in cui la "forza di attrito" viene disegnata nel "verso della rotazione" ? Il professore in classe ci disegnava un automobile e poneva la forza di attrito agente sulle ruote nel senso di rotazione.

[matteo_g1]

perdona la qualità del disegno

[Magma1]

Ecco, qualità a parte , questo
[ot]

"matteo_g":

[/ot]
non è quello che ho detto. Anche perché basterebbe dare una spinta alla macchina e addio benzina .

[matteo_g1]

scusami ma ora non ho capito se quello che hai detto "non è quello che intendevo" è riferito al mio disegno o al tuo ?

[Magma1]

Corretto, il post. Mi riferivo al tuo disegno.

[donald_zeka]

Piano...piano...quasi tutto di questa discussione è errato

[Shackle]

@ Matteo

leggiti questa vecchia discussione . In particolare , dedica attenzione a questo sito dell'università di Pavia , dove l'attrito e le sue leggi sono ben spiegati .

Pensa di andare in bicicletta . La ruota posteriore è ruota motrice , al suo asse è applicato un momento meccanico tramite la catena che riceve il moto dai pedali . La forza di attrito , esercitata dalla strada sulla ruota motrice , è diretta in avanti. LA ruota anteriore è invece ruota condotta, poiché la forcella collegata al manubrio la spinge in avanti ( oltre a esercitare una forza perpendicolare alla strada) . LA forza di attrito esercitata dalla strada sulla ruota anteriore è diretta all'indietro, come nella tua figura .

[Magma1]

"Vulplasir":Piano...piano...quasi tutto di questa discussione è errato

Così mi lasci sulle spine

[donald_zeka]

L'attrito nel puro rotolamento si oppone al moto relativo del punto di contatto rispetto al terreno.

mi sembra di aver capito leggendo la teoria che la forza di attrito di un oggetto che rotola ( che abbia o meno un accelerazione ) è sempre diretta nel verso di "verso della rotazione" o sbaglio ?

Sbagliatissimo. Se un disco rotola liberamente a velocità costante (quindi senza accelerare), non ci può essere nessuna forza d'attrito agente sul disco, se no non andrebbe a velocità costante.

il corpo rotola in senso orario e, nel punto a contatto con la superficie di rotolamento, la forza è diretta come riportato in figura.

Sbagliato...se rotola senza accelerare non c'è nessuna forza d'attrito, se sono applicate forze o momenti la direzione della forza non è nota a priori ma dipende dalla combinazione delle forze o momenti

Il professore in classe ci disegnava un automobile e poneva la forza di attrito agente sulle ruote nel senso di rotazione.

Anche questo è sbagliato. Dipende da come sono le ruote, se sono motrici o condotte, come ha spiegato Shackle.

Anche perché basterebbe dare una spinta alla macchina e addio benzina

Quella immagine dell'auto è giusta solo se le ruote sono entrambe motrici, quindi l'attrito fa andare avanti la macchina, hai mai provato a partire in macchina su una strada ghiacciata o fangosa? Vedi che le ruote girano a vuoto ma la macchina non va avanti...perché non c'è attrito

L'argomento non è di facilissima comprensione (anzi, su moltissimi testi di fisica la trattazione è errata), per capire bene la questione servono conoscenze di meccanica razionale e applicata

[Shackle]

Consiglio anche il paragrafo 7.8 di questa dispensa , e quest'altra discussione .

"Vulplasir":Piano...piano...quasi tutto di questa discussione è errato

Io credo che , se facessimo una classifica degli argomenti meno compresi dagli studenti, l'attrito sarebbe al primo posto . E magari aggiungerei anche qualche libro che spiega male, come dice Vulplasir....

[matteo_g1]

"Shackle":@ Matteo

leggiti questa vecchia discussione . In particolare , dedica attenzione a questo sito dell'università di Pavia , dove l'attrito e le sue leggi sono ben spiegati .

Pensa di andare in bicicletta . La ruota posteriore è ruota motrice , al suo asse è applicato un momento meccanico tramite la catena che riceve il moto dai pedali . La forza di attrito , esercitata dalla strada sulla ruota motrice , è diretta in avanti. LA ruota anteriore è invece ruota condotta, poiché la forcella collegata al manubrio la spinge in avanti ( oltre a esercitare una forza perpendicolare alla strada) . LA forza di attrito esercitata dalla strada sulla ruota anteriore è diretta all'indietro, come nella tua figura .

sei stato molto chiaro !! Grazie!! quindi se ho una ruota su un piano inclinato con attrito ( che sta rotolando giù ) in questo caso la forza di attrito è rivolta come in figura giusto? quindi è come se fosse una ruota condotta e non motrice ?
https://www.google.it/search?q=piano+in ... 7_6m9DAaJM:

[matteo_g1]

@ vulplasir

ma se un disco ruota a velocità costante perchè non può esserci attrito? Il disco può avere velocità costante se io continuo ad applicare una forza che è "opposta" all'attrito

[Shackle]

quindi se ho una ruota su un piano inclinato con attrito ( che sta rotolando giù ) in questo caso la forza di attrito è rivolta come in figura giusto? quindi è come se fosse una ruota condotta e non motrice ?

Si, la figura è giusta . La forza che spinge la ruota a rotolare verso il basso , lungo il piano inclinato , è la componente $mgsentheta$ della forza peso, applicata nel CM .

Ho trovato quest'altra discussione , che ti consiglio di leggere . Parla proprio del disco che rotola giù per un piano inclinato . È spiegato anche perchè non c'è attrito , se il disco rotola senza strisciare con velocità costante su un piano orizzontale , dopo aver ricevuto un colpetto iniziale e basta . Naturalmente si tratta di un caso ideale.

Ti è mai cascata di mano una monetina da 1 centesimo , in un lungo corridoio di casa tua ? Si mette a rotolare , e sembra che non si fermi mai ...!

[Magma1]

"Vulplasir":

mi sembra di aver capito leggendo la teoria che la forza di attrito di un oggetto che rotola ( che abbia o meno un accelerazione ) è sempre diretta nel verso di "verso della rotazione" o sbaglio ?

Sbagliatissimo. Se un disco rotola liberamente a velocità costante (quindi senza accelerare), non ci può essere nessuna forza d'attrito agente sul disco, se no non andrebbe a velocità costante.

Confondere un modello con la realtà è come andare al ristorante e mangiare il menù

"Vulplasir":

Il professore in classe ci disegnava un automobile e poneva la forza di attrito agente sulle ruote nel senso di rotazione.

Anche questo è sbagliato. Dipende da come sono le ruote, se sono motrici o condotte, come ha spiegato Shackle.

Io ho dato una risposta considerando un utente del liceo, chiedo venia in caso contrario

"Vulplasir":
Quella immagine dell'auto è giusta solo se le ruote sono entrambe motrici, quindi l'attrito fa andare avanti la macchina, hai mai provato a partire in macchina su una strada ghiacciata o fangosa? Vedi che le ruote girano a vuoto ma la macchina non va avanti...perché non c'è attrito

Il moto della macchina è data dall'aderenza, non dall'attrito.
L'aderenza scaturisce dalla scabrezza, determinata dalle irregolarità superficiali, intrinseca di ogni superficie: infatti, quando due superficie si trovano a contatto le irregolarità dell'una trovano incastro con le irregolarità dell'altra, determinando complessivamente una resistenza allo scorrimento tanto più grande quando maggiore è lo stato di incastro. Senza aderenza si avrebbe un moto di puro slittamento: tipo il caso da prospettato della macchina bloccata nella fanghiglia. Infatti, sercitando un'azione sterna sufficiente a far scorrere tra loro le superfici, tale azione rompe il legame di incastri e viene meno l'aderenza: ne consegue uno scorrimento macroscopico, un moto relativo tra i due elementi a contatto.

Invece, qualora un veicolo richiedesse al contatto un'aderenza superiore al valore limite di aderenza che il vincolo è in grado di restituire verrebbe meno l'aderenza al contatto; quindi il moto sarà governato da una forza di attrito radente che, oltre ad avere un modulo inferiore rispetto all'aderenza limite, non ha una direzione principale rispetto alla quale il moto potrebbe essere indirizzato: quindi la direzione del moto risulta da quella della velocità nell'istante in cui il veicolo perde aderenza.

"Vulplasir":
La forza di aderenza sussiste fino a quando il sistema delle forze esterne e delle reazioni è in equilibrio: condizione di quiete o di puro rotolamento; ovvero quando le due superfici di due corpi a contatto non scorrono una rispetto all'altra.

L'argomento non è di facilissima comprensione (anzi, su moltissimi testi di fisica la trattazione è errata), per capire bene la questione servono conoscenze di meccanica razionale e applicata

Faccio un piccolo sunto del moto incipiente: ovvero quando un veicolo muta la sua condizione da quella di quiete a quella di moto.
Immaginate un veicolo, con una ruota di raggio $r$, in condizione di queiete su unpiano orizzontale, senza che vengano applicate forze esterne. L'equilibrio alla forza peso $vec(P)$ è garantito dalla rezione vincolare verticale $vec(R)$:

$y: qquad P-R=0$

Immaginiamo ora una forza orizzontale $vec(T)$ applicata al sistema. Fino a quando questa forza è piccola il veicolo non si
muove: l'equilibrio delle forze orizzontale è garantito dalla forza di aderenza $vec(F_(ad))$ restituita dal vincolo

${(x : qquad P-R=0),(y: qquad T-F_(ad)=0 ):}$

inoltre il momento della coppia che si determina tra forza di aderenza e forza traente $vec(M)_T$ è equilibrato dal momento $vec(M)_R$ che si genera per effetto di un'assimetria degli sforzi al contatto $sigma_R$ dovuta alla forza traente stessa[nota]infatti $vec(T)$ provoca uno sbilanciamento di tali sforzi sull'area di contatto.[/nota]:

$M: qquad Pdelta=F_(ad)r$

da notare che il momento generato dalla risultante degli sforzi al contatto risulta limitato poiché limitato è il suo braccio $delta$: infatti la direzione di $vec(R)$ deve ricadere internamente all'area di contatto stessa.

Dal momento in cui $vec(T)$ cresce a tal punto che l'assimetria degli sforzi al contatto è tale che la loro risultante abbia una direzione al limite teorico sulla frontiera dell'area di contatto, il momemnto dato dalla coppia di forza di aderenza e forza traente non può più essere equilibrato e pertanto la ruota inizia a muoversi in regime di puro rotolamento:

${(x : qquad P-R=0),(y: qquad T-F_(ad)=0 ),(M : qquad Pdelta

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[matteo_g1]

ma se la ruota scivola giù non è come se ci fosse una forza ( quella di gravità ) che fa in modo che la ruota sia motrice ? forse mi sfugge il vero concetto di ruota motrice

[matteo_g1]

mi riferisco alla risposta di SHACKLE

[Shackle]

"matteo_g":ma se la ruota scivola giù non è come se ci fosse una forza ( quella di gravità ) che fa in modo che la ruota sia motrice ? forse mi sfugge il vero concetto di ruota motrice

Matteo , questa è una ruota condotta , non motrice . La ruota motrice è quella posteriore della bici, a cui è applicato un momento meccanico : per questo si chiama motrice .

Leggi l'ultimo link che ti ho dato , altrimenti è inutile !

[matteo_g1]

Ho letto attentamente il link ma non riesco a differenziare bene fra ruota motrice e ruota condotta, come si definisce una ruota motrice rispetto ad una condotta nella "teoria" ?

[matteo_g1]

ho visto ora il tuo messaggio