Provate a prendere due quaderni e ad incastrarli fra loro mettendo una sull’altra una pagina dell’uno ed una pagina dell’altro. Se poi provate con un vostro amico a disincastrarli tirando orizzontalmente uno da una parte e uno dall’altra, state certi che ci metterete meno tempo a capirne la fisica che c’è dietro più che a staccare i due quaderni (e capirete anche perché è la stessa fisica che fa funzionare l’ABS nelle automobili).
Il fenomeno nella vita di tutti i giorni
Facciamo un passo indietro e guardiamoci attorno: è l’attrito il protagonista di questo fenomeno ed è costantemente attorno a noi, basta solo saperlo individuare. Sarà capitato a molti, ad esempio, di salire su uno scivolo gonfiabile e scivolare giù con il gomito a contatto con la superficie dello scivolo. Ahia! Chi l’ha provato sa di che dolore parlo, ma probabilmente non sapeva che è per via dell’attrito che ci si provoca quella “scottatura” dolorosissima.
O ad esempio immaginiamo di star camminando scalzi sulla pietra ruvida, poi su un pavimento liscio e infine su un lago ghiacciato:
- sulla prima superficie non avremo problemi a camminare per via dell’alto grip fra piedi e pietra (grip=presa, dall’inglese. Il termine è molto usato nel basket riferendosi alla presa della mano sulla palla, dove l’attrito è fondamentale),
- sul pavimento liscio potrebbe esserci qualche rischio in più di scivolare e cadere per terra,
- sul lago ghiacciato sarebbe praticamente impossibile camminare senza cadere ogni 2 passi: siamo in una situazione di quasi assenza di attrito.
L’attrito nei quaderni di scuola: il principio di sovrapposizione
Fra ogni superficie che si muove a contatto con un’altra, compare la forza d’attrito, che può essere più o meno intensa a seconda delle caratteristiche dei materiali: anche le pagine di un quaderno quindi sono soggette a questo fenomeno se incastrate fra di loro. L’attrito, che ricordiamo essere una forza, in questo caso risulta opporre una grandissima resistenza alla forza esterna che esercitiamo con il nostro amico tirando i quaderni in versi opposti: questo perché la forza di attrito ubbidisce al principio di sovrapposizione.
Il principio di sovrapposizione dice che gli effetti di più forze dello stesso tipo applicate nel medesimo punto si sommano, o appunto si sovrappongono. In parole povere, se spingo un mobile in avanti da solo mi stanco di più che se lo spingo insieme ad altri 3 miei amici. Oppure se io spingo il mobile da un lato ed un mio amico lo spinge con la stessa forza dal lato opposto, il mobile resta fermo dov’è.
Torniamo ai quaderni: se consideriamo che un quaderno medio ha circa 80 facciate e quindi ci sono 80 facciate di un quaderno a contatto con le altrettante dell’altro, la forza di attrito sprigionata dal contatto di ogni singola coppia di facciate sommata a tutte le altre ha come risultato una forza di attrito totale di intensità assurda, che praticamente immobilizza i due quaderni.
Possono verificarsi, però, due situazioni in cui compare l’attrito, nelle quali esso assume nome e caratteristiche leggermente diverse. Vediamo insieme di che si tratta e in quale situazione compare l’uno piuttosto che l’altro.
Attrito statico e attrito dinamico: due situazioni a confronto
Immaginiamo ancora una volta di essere in casa da soli e di voler spostare un mobile, questa volta un grande e pesante armadio, da una parte all’altra della stanza. Succede che, essendo l’armadio molto pesante, esso non si muova di un millimetro dalla sua posizione iniziale.
Immaginiamo adesso una seconda situazione in cui siamo al parco con dei nostri amici e ci sono dei bambini che stanno giocando con lo scivolo.
Analizziamo le due situazioni:
1) L’armadio, prima che arrivassimo noi a cercare di spingerlo, era fermo. Nel momento in cui abbiamo iniziato a spingerlo, una forza di attrito statico (statico appunto perché l’armadio era fermo) si è man mano creata ed opposta alla forza che stavamo imprimendo noi all’armadio. La forza di attrito statico è direttamente proporzionale alla forza esterna esercitata da noi, cioè è più intensa se noi spingiamo più forte e più debole se spingiamo di meno, impedendoci di mettere in movimento l’armadio.
2) Tra i bambini che salgono sullo scivolo ce ne sono alcuni che si lanciano a grande velocità ed altri che, più prudenti, si siedono semplicemente in cima alla giostra e si danno una piccola spinta con le mani per iniziare a scivolare. Concentrandoci sui bambini più prudenti, essi all’inizio sono fermi in cima allo scivolo, così come all’inizio era fermo l’armadio nella prima situazione. Anche in questa situazione, quindi, tra lo scivolo ed il pantalone del bambino si crea una forza di attrito statico, che però riesce ad opporsi solo per spinte molto leggere. Appena la spinta è un minimo più forte del massimo a cui riesce ad opporsi la forza di attrito statico, il bambino inizia a scivolare giù.
E una volta in corsa sullo scivolo, l’attrito scompare? Certo che no! Quando le due superfici a contatto sono già in movimento e stanno strisciando fra di loro, inizia ad opporsi al movimento la forza di attrito dinamico, che solitamente è più debole della forza di attrito statico.
Ricapitolando, la forza di attrito statico:
- si oppone alla messa in moto di un oggetto,
- è proporzionale alla forza esterna applicata e non ha un valore fissato, ma solo un valore massimo: superato questo valore massimo entra in gioco la forza di attrito dinamico,
- agisce finché l’oggetto è fermo, dopodiché entra in gioco la forza di attrito dinamico,
- solitamente è più intensa della forza di attrito dinamico.
Insomma, è davvero impossibile staccare due quaderni incastrati?
Staccare due quaderni che siano stati incastrati alternando le pagine dell’uno a quelle dell’altro in sostanza non è impossibile, ma è molto difficile soprattutto perché più si fa presa con le mani sul quaderno e più si aumenta “la forza peso” agente sulle superfici dei fogli, aumentando di conseguenza la forza d’attrito statico che blocca i quaderni.
È molto probabile, inoltre, che esercitando troppa forza nel tirare i quaderni, questi ultimi si strappino, mandando in fumo il nostro obiettivo e distruggendo magari i nostri appunti (non usate i quaderni di fisica per l’esperimento!).
Lo sapevi che…
L’ABS (Sistema di anti-bloccaggio delle ruote) è un sistema di sicurezza installato nelle automobili che, durante le brusche frenate, impedisce che le ruote si blocchino del tutto rilasciando i freni a brevi impulsi consecutivi.
L’obiettivo è quello di non far strisciare le ruote sull’asfalto (situazione in cui interverrebbe l’attrito dinamico) ma farle rotolare, in modo da continuare a far agire l’attrito statico fra la superficie di contatto tra gomma e strada. Risulta vantaggioso perché, come già detto, la forza di attrito statico è solitamente più intensa della forza di attrito dinamico e contribuisce a frenare l’automobile in meno tempo.
a cura di Nicola Salvemini
