Como é calculado o coeficiente de atrito?

Question

Como o coeficiente de atrito estático e o coeficiente de atrito cinético são calculados na vida real sem conhecer a força de atrito?

Answer 1

Não posso dar um exemplo para todas as superfícies, mas para um plano inclinado, a fórmula é bastante direta. Suponha que você queira encontrar o coeficiente de atrito entre um bloco e uma inclinação. Mantenha o bloco na inclinação, e se o bloco estiver parado, tente aumentar o ângulo de inclinação até que o bloco comece a deslizar. Neste ponto, a força sobre o objecto é apenas igual ao valor máximo de atrito estático, isto é,$\mu\ mg\ \text{cos}\ \theta$ Onde $\theta$é o ângulo de inclinação. E qual é a força no objeto? Bem, é o outro componente do peso, ou seja,$mg\ \text{sin}\ \theta$.
Para a condição de equilíbrio, você iguala esses dois$$\mu\ mg\ \text{cos}\ \theta=mg\ \text{sin}\ \theta$$ do qual você simplesmente obtém- $$\mu=\text{tan}\ \theta$$

Para uma maior precisão, repita a experiência acima com blocos mais pesados ​​/ mais leves, diferentes inclinações do mesmo material, e também tome cuidado para manter a superfície lisa o suficiente para permitir uma inclinação uniforme. Pegue a média e você obterá um valor muito próximo. Observe que nesta resposta eu simplesmente mostrei um método realmente geral que está longe de ser rigoroso, mas espero que isso ainda ajude

Answer 2

Coeficiente estático

O experimento simples consistiria em pegar uma rampa de material $A$ e um bloco de material $B$. Deixe a rampa começar completamente horizontal e comece a elevar a rampa gradualmente. Assim que o bloco começar a deslizar, registre o ângulo da rampa em relação ao solo,$\theta$. Então, uma análise simples das forças deve resolver o problema.$$\begin{align} m_B\, g \sin\theta &= \mu_{st}\, m_B\, g \cos\theta\\[6pt] \Longrightarrow \mu_{st} &= \tan\theta \end{align}$$ Este seria o coeficiente de atrito estático do material B contra A.

Coeficiente cinético

Para isso, você precisará de uma situação dinâmica, novamente pegue seus dois materiais de escolha e use uma trilha feita de material $A$ você pode atirar em um bloco de material $B$ao longo da pista. Se você conhece a velocidade inicial,$v$, você conhece sua energia cinética, escolhendo uma pista longa ou uma velocidade pequena o suficiente, você pode determinar quanta energia é perdida por atrito medindo a distância percorrida, $D$. $$ E_{kin} = \mu_{kin} m_B\, g D$$ portanto você consegue $$\mu_{kin} = \frac{v^2}{2gD}$$

Answer 3

Em primeiro lugar, acho que o termo 'coeficiente de atrito dinâmico' é mais amplamente aceito do que o termo 'coeficiente de atrito cinemático', que estou assumindo se refere ao mesmo conceito.

Em qualquer caso, a julgar pela minha rápida pesquisa bibliográfica, não existem métodos amplamente usados ​​disponíveis. No entanto, não faltam propostas. Verifique, por exemplo:

Determinar o atrito dinâmico usando um método de Kolsky modificado

ou

Medições dinâmicas de atrito em velocidades deslizantes representativas de processos de usinagem de alta velocidade

e no contexto de uma indústria em que eu realmente trabalhei (e não, não havia um método padrão para falar),

Medição do coeficiente de atrito dinâmico de partículas granulares de fertilizantes

E também patentes:

Aparelho de medição do coeficiente de atrito dinâmico