Há situações em que o atrito age a favor do movimento do corpo, proporcionando impulso e permitindo que objetos se movam com eficiência.
O atrito é uma força presente em muitas interações entre objetos que estão em contato.
Quando pensamos em movimento, é comum associar o atrito à resistência que ele oferece, dificultando o deslocamento.
Isso porque o atrito sempre oferece resistência ao movimento relativo entre a superfície dos corpos em contato, ou seja, o atrito oferece resistência ao deslizamento, escorregamento e derrapagem.
O atrito entre duas superfícies ocorre devido à aspereza microscópica presente em ambas. À primeira vista, pode parecer que o atrito sempre age para impedir o “movimento”.
No entanto, essa não é a história completa!
1. Quando duas superfícies são pressionadas uma contra a outra e forças externas são aplicadas na direção adequada, o atrito pode se tornar um aliado do movimento do corpo, mas contraria ao movimento relativo entre a superfície dos corpos em contato.
*Atrito na Caminhada
Quando uma pessoa caminha, a interação entre o pé e o chão é um exemplo notável de como o atrito pode agir a favor do movimento de um pedestre.
Essa situação exemplifica a Terceira Lei de Newton, que afirma que “toda ação gera uma reação igual e oposta”. No contexto da caminhada:
Ação: O pé exerce uma força sobre o chão para trás, impulsionando o corpo da pessoa para a frente. Isso ocorre durante a fase de “empurrar” do passo.
Reação: O chão, de acordo com a Terceira Lei de Newton, exerce uma força de reação que age sobre o pé para frente. Essa força de reação é o que permite que a pessoa avance.
Atrito Beneficial: O atrito entre a sola do pé e o chão é crucial nesse processo.
Ele atua como uma força de reação, permitindo que o pé “agarre” o chão e forneça tração “pra frente”. Sem o atrito, o pé escorregaria pelo chão “pra trás”, tornando a caminhada impossível.
O atrito entre o pé e o chão é uma força fundamental que não apenas impulsiona o movimento, mas também desempenha um papel vital no controle e na estabilidade durante a caminhada.
Além disso, o coeficiente de atrito entre a sola do calçado e a superfície do solo pode influenciar a eficiência do movimento.
Polêmica 1: O atrito é a favor do movimento do pedestre, mas contrario a tendencia de deslizamento entre a sola do pé e a superfície de apoio
Polêmica 2: O atrito é estático, por não haver deslizamento entre a sola do pé e a superfície de apoio, mesmo havendo movimento do pedestre.
É importante observar que o atrito entre o pé e o chão pode variar dependendo da superfície.
Por exemplo, o atrito em um piso de madeira pode ser diferente do atrito em um piso de concreto. Essa variação pode afetar a sensação e a estabilidade ao caminhar.
*Atrito no Moonwalking.
O “Moonwalk” é uma icônica técnica de dança popularizada por Michael Jackson, na qual o dançarino parece deslizar para trás enquanto mantém um pé na ponta e desliza o outro pé para trás, criando uma ilusão de movimento lunar.
Apesar de parecer que não há atrito envolvido, o atrito desempenha um papel crucial no Moonwalk.
Para realizar o Moonwalk com sucesso, é essencial que o dançarino esteja em uma superfície adequada, como um piso liso e polido.
Isso ocorre porque o atrito é diretamente afetado pela rugosidade da superfície. Em superfícies polidas, como palcos de dança ou pisos de madeira tratados, o atrito é menor do que em superfícies ásperas. Portanto, a escolha da superfície é parte fundamental para tornar o Moonwalk possível.
Embora o Moonwalk possa parecer uma dança onde não há atrito envolvido, na realidade, é uma cuidadosa manipulação do atrito que permite que os dançarinos realizem esse movimento icônico.
Em cada passo do Moonwalking o dançarino permanece em repouso e apenas a sola do pé livre desliza pra trás.
Portanto, o atrito é cinético e pra frente, contrario ao deslizamento do sapato.
Conclusão:
– Na caminhada não há deslizamento, o atrito é estático pra frente, favor do movimento do pedestre pra frente.
– No moonwalking há deslizamento, o atrito é cinético pra frente, contrario ao movimento do pedestre.
2. Tração e Aceleração
Um exemplo clássico é o atrito entre os pneus de um veículo e o asfalto. Quando você pressiona o pedal do acelerador, o motor do carro fornece energia para as rodas, que começam a girar.
Nesse ponto, o atrito entre os pneus e o asfalto entra em ação. Em vez de resistir ao movimento do carro, ele age para fornecer tração, permitindo que o veículo acelere, ganhando velocidade e energia cinética.
Portanto, onde há ganho de energia cinética o atrito a favor do “movimento”, e onde há perda de energia cinética o atrito contrario “movimento”.
Isso ocorre sempre que a tendencia de rotação da roda é maior que de translação, gerando tendencia de deslizamento pra trás, logo o atrito é pra frente, a favor do movimento do carro.
3. Conversão de Energia
O atrito favorável ao movimento é, na verdade, uma forma de converter energia química do combustível em cinética.
Em um carro, parte da energia gerada pelo motor é usada para superar a inércia e movimentar o veículo.
Quando você freia, o atrito também desempenha um papel importante ao converter a energia cinética do veículo em energia térmica, dissipando energia na forma de calor pelos freios, diminuindo sua velocidade.
Isso ocorre sempre que a tendencia de translação da roda é maior que de rotação, gerando tendencia de deslizamento pra frente, logo o atrito é pra trás, contrario ao movimento do carro.
4. Importância do Coeficiente de Atrito
O coeficiente de atrito entre as superfícies desempenha um papel crucial. Quanto maior o coeficiente, maior a força de atrito disponível para impulsionar o movimento.
Isso é uma consideração fundamental em engenharia, onde o atrito a favor do movimento é usado para projetar sistemas de transporte que desenvolvem alta velocidade em solo, como carros, trens e aviões.
Questão 01.
(Enem PPL 2018) Um carrinho de brinquedo funciona por fricção. Ao ser forçado a girar suas rodas para trás, contra uma superfície rugosa, uma mola acumula energia potencial elástica. Ao soltar o brinquedo, ele se movimenta sozinho para frente e sem deslizar.
Quando o carrinho se movimenta sozinho, sem deslizar, a energia potencial elástica é convertida em energia cinética pela ação da força de atrito
a) dinâmico na roda, devido ao eixo.
b) estático na roda, devido à superfície rugosa.
c) estático na superfície rugosa, devido à roda.
d) dinâmico na superfície rugosa, devido à roda.
e) dinâmico na roda, devido à superfície rugosa.
Resolução
A questão envolve os conceitos de energia potencial elástica, energia cinética, força de atrito e movimento relativo.
A energia potencial elástica é a energia armazenada em um corpo deformado por uma força, como uma mola comprimida.
A energia cinética é a energia associada ao movimento de um corpo, que depende da sua massa e da sua velocidade.
A força de atrito é a força que surge do contato entre duas superfícies, que se opõe ao movimento relativo entre elas.
O movimento relativo é o movimento de um corpo em relação a outro, que depende do referencial adotado, da superfície da roda do carro em relação a superfície de apoio.
No caso do carrinho de brinquedo, quando ele é forçado a girar suas rodas para trás, contra uma superfície rugosa, a mola acumula energia potencial elástica, pois ela é comprimida pela força aplicada.
Ao soltar o brinquedo, a mola se distende e libera essa energia, que é convertida em energia cinética pelo trabalho da força de atrito.
A força de atrito atua na roda do carrinho, fazendo com que ela gire para frente e se mova junto com o carrinho.
A superfície rugosa também exerce uma força de atrito na roda não tracionada, mas em sentido contrário, tentando impedir o seu movimento.
Como o carrinho não desliza, isso significa que a velocidade de rotação é igual a velocidade de translação .
Agora, vamos analisar cada alternativa e ver qual é a correta e por quê.
a) A força de atrito dinâmico na roda, devido ao eixo.
Essa alternativa está incorreta, pois a força de atrito dinâmico é aquela que ocorre quando há deslizamento entre as superfícies, se a velocidade de rotação fosse superior a velocidade de translação , o que não é o caso do carrinho.
Além disso, o eixo não é o responsável pela força de atrito na roda, mas sim a superfície rugosa.
b) A força de atrito estático na roda, devido à superfície rugosa.
Essa alternativa está correta, pois a força de atrito estático é aquela que ocorre quando não há deslizamento entre as superfícies, pois a velocidade de rotação é igual a velocidade de translação , o que é o caso do carrinho.
Além disso, a superfície rugosa é a responsável pela força de atrito na roda, pois ela oferece resistência ao seu movimento.
c) A força de atrito estático na superfície rugosa, devido à roda.
Essa alternativa está incorreta, pois a força de atrito estático na superfície rugosa não é a responsável pela conversão da energia potencial elástica em energia cinética.
Essa conversão ocorre pela força de atrito na roda, que faz com que ela gire e se mova junto com o carrinho.
d) A força de atrito dinâmico na superfície rugosa, devido à roda.
Essa alternativa está incorreta, pois a força de atrito dinâmico na superfície rugosa não existe nessa situação.
Como o carrinho não desliza, não há movimento relativo entre a roda e a superfície rugosa. Portanto, a força de atrito é estática e não dinâmica.
e) A força de atrito dinâmico na roda, devido à superfície rugosa.
Essa alternativa está incorreta, pelo mesmo motivo da alternativa
a). A força de atrito dinâmico na roda não existe nessa situação, pois o carrinho não desliza. A força de atrito é estática e não dinâmica.
Portanto, a única alternativa correta é a letra b), ou seja, a força de atrito estático na roda, devido à superfície rugosa.
Questão 02.
(One) Um aluno deseja mover um livro que está em repouso sobre uma mesa horizontal. Para fazer isso, ele empurra suavemente uma folha de papel colocada sob o livro. O livro começa a se mover sem deslizar sobre a folha. Qual é a força que melhor descreve a situação, que coloca o livro em movimento?
a) É uma força de atrito cinético de sentido contrário ao do movimento do livro.
b) É uma força de atrito cinético de sentido igual ao do movimento do livro.
c) É uma força de atrito estático de sentido contrário ao do movimento do livro.
d) É uma força de atrito estático de sentido igual ao do movimento do livro.
e) É uma força que não pode ser caracterizada como força de atrito.
Resolução
A questão envolve os conceitos de força de atrito, movimento relativo e tipos de atrito. A força de atrito é a força que surge do contato entre duas superfícies, que se opõe ao movimento relativo entre elas.
O movimento relativo é o movimento de um corpo em relação a outro, que depende do referencial adotado.
O atrito estático é aquele que ocorre quando não há deslizamento entre as superfícies, ou seja, quando elas estão em repouso ou em movimento com a mesma velocidade.
O atrito cinético é aquele que ocorre quando há deslizamento entre as superfícies, ou seja, quando elas estão em movimento com velocidades diferentes.
No caso do aluno que deseja mover o livro, ele aplica uma força na folha de papel, que está em contato com o livro e com a mesa.
A folha de papel se move em relação à mesa, mas não em relação ao livro. O livro se move em relação à mesa e à folha de papel.
Assim, há dois tipos de atrito envolvidos nessa situação: o atrito cinético entre a folha e a mesa contrario ao deslizamento pra frente, e o atrito estático entre a folha e o livro contrario a tendencia de deslizamento pra trás.
A folha desliza em relação a superfície da mesa ( ), mas não desliza em relação a superfície do livro ( ).
Agora, vamos analisar cada alternativa e ver qual é a correta e por quê.
a) É uma força de atrito cinético de sentido contrário ao do movimento do livro.
Essa alternativa está incorreta, pois a força de atrito cinético não atua sobre o livro, mas sim sobre a folha de papel. Além disso, essa força tem sentido contrário ao do movimento da folha, não do livro.
b) É uma força de atrito cinético de sentido igual ao do movimento do livro.
Essa alternativa também está incorreta, pelo mesmo motivo da anterior.
A força de atrito cinético não atua sobre o livro, mas sim sobre a folha de papel. Além disso, essa força tem sentido contrário ao do movimento da folha, não igual.
c) É uma força de atrito estático de sentido contrário ao do movimento do livro.
Essa alternativa também está incorreta, pois a força de atrito estático atua sobre o livro, mas não tem sentido contrário ao do seu movimento.
Essa força tem sentido igual ao do movimento do livro, pois ela é a responsável por colocá-lo em movimento.
d) É uma força de atrito estático de sentido igual ao do movimento do livro.
Essa alternativa está correta, pois a força de atrito estático atua sobre o livro e tem sentido igual ao do seu movimento. Essa força é a responsável por colocar o livro em movimento, pois ela é transmitida pela folha de papel que se move junto com o livro.
e) É uma força que não pode ser caracterizada como força de atrito.
Essa alternativa está incorreta, pois a força que coloca o livro em movimento é uma força de atrito. Não há outra força envolvida nessa situação que possa explicar o movimento do livro.
Portanto, a única alternativa correta é a letra d), ou seja, a força que coloca o livro em movimento é uma força de atrito estático de sentido igual ao do movimento do livro.
Questão 03
(One) Um estudante de física empilha dois livros, um sobre o outro, em uma mesa horizontal. Utilizando suas próprias mãos, o estudante puxa o livro de baixo para fazê-lo deslizar, enquanto o livro de cima permanece em sua posição original. Quais forças de atrito são responsáveis por manter o livro de cima em sua posição original e pelo movimento do livro de baixo, e qual o sentido dessas forças em relação ao movimento?
a) Força de atrito estático a favor do movimento entre o livro de cima e o livro de baixo, e força de atrito cinético contra o movimento entre o livro de baixo e a mesa.
b) Força de atrito cinético contra o movimento entre o livro de cima e o livro de baixo, e força de atrito estático a favor do movimento entre o livro de baixo e a mesa.
c) Força de atrito estático contra o movimento entre o livro de cima e o livro de baixo, e força de atrito estático a favor do movimento entre o livro de baixo e a mesa.
d) Força de atrito cinético contra o movimento entre o livro de cima e o livro de baixo, e força de atrito cinético a favor do movimento entre o livro de baixo e a mesa.
e) Força de atrito estático contra o movimento entre o livro de cima e a mesa, e força de atrito cinético contra o movimento entre o livro de baixo e a mesa.
Resolução
Primeiramente, o estudante está puxando o livro de baixo (B) com uma forca externa ( ), fazendo-o deslizar em relação à mesa. Isso implica que a força de atrito entre o livro de baixo e a mesa é certamente uma força de atrito cinético ( ).
Além disso, essa força se opõe ao movimento, ou seja, é contra o movimento.
Agora, quanto ao livro de cima (A), ele permanece na mesma posição em relação ao livro de baixo, o que indica que não há deslizamento entre eles, devido a inércia o livro ele tende a permanecer em repouso, por isso há uma tendência de deslizar pra trás.
Isso sugere uma força de atrito estático entre o livro de cima e o de baixo.
Essa força de atrito estático é o que mantém o livro de cima em sua posição original e é a favor do movimento ( ), já que o livro de cima é “levado” pelo livro de baixo sem deslizar.
A resultante das forcas que atuam em A é:
Agora, quanto ao livro de baixo (B), ele permanece na mesma posição em relação ao livro de cima, o que indica que não há deslizamento entre eles, há uma tendência de deslizar pra frente no sentido em que esta sendo puxado, portanto temos atrito estático pra trás ( ).
Dessa forma, isso sugere uma força de atrito estático entre o livro de baixo e o de cima.
As duas forcas de atrito estático entre os livros compõem um par de Acao e Reacão, pois seguem os requisitos:
- Igual direção
- Igual intensidade
- Diferentes sentidos
- Igual nome
- Diferentes corpos
A resultante das forcas que atuam em B é:
Resumindo:
– A força de atrito entre o livro de baixo e a mesa é certamente uma força de atrito cinético e é contra o movimento.
– A força de atrito entre o livro de cima e o livro de baixo é uma força de atrito estático e é a favor do movimento.
Comparando com as opções apresentadas na questão, a alternativa que se adequa é:
a) Força de atrito estático a favor do movimento entre o livro de cima e o livro de baixo, e força de atrito cinético contra o movimento entre o livro de baixo e a mesa.
Assim, a resposta correta é a letra “a”.
Obs: É necessario que o conjunto esteja Acelerado (MRUV-A)
Conforme a 1å lei de Newton, os corpos tendem a permanecer em repouso ou MRU, nesse caso é necessário que o conjunto esteja em movimento acelerado para que haja tendência de deslizamento pra trás, caso o conjunto estivesse em velocidade constante, o livro de cima estaria em tendencia natural e não teria tendencia de deslizamento pra trás não havendo atrito estático entre os dois livros.
Conforme a 2å lei de Newton, a única forca paralela ao movimento no livro de cima é o atrito estático e é a Forca resultante. Portanto, se a velocidade fosse constante a aceleração seria zero, logo a forca de atrito estático entre os dois livros seria zero ( ).
Questão 04
(One) Um estudante de física empilha dois livros, um sobre o outro, em uma mesa horizontal. Utilizando suas próprias mãos, ele puxa o livro de cima. Ambos os livros deslizam juntos na mesma direção e com a mesma velocidade constante. Quais são as forças de atrito que atuam sobre o livro de cima e quais são as duas forças de atrito que atuam sobre o livro de baixo em relação ao livro de cima e à mesa? Qual o sentido dessas forças em relação ao movimento?
a) Força de atrito estático entre o livro de cima e a mesa atua contra o movimento; força de atrito estático entre o livro de cima e o livro de baixo atua a favor do movimento; força de atrito cinético entre o livro de baixo e a mesa atua contra o movimento.
b) Força de atrito cinético entre o livro de cima e a mesa atua contra o movimento; força de atrito cinético entre o livro de cima e o livro de baixo atua a favor do movimento; força de atrito estático entre o livro de baixo e a mesa atua contra o movimento.
c) Força de atrito estático entre o livro de cima e o livro de baixo atua contra o movimento; força de atrito estático entre o livro de cima e o livro de baixo atua a favor do movimento, força de atrito cinético entre o livro de baixo e a mesa atua contra o movimento.
d) Força de atrito cinético entre o livro de cima e o livro de baixo atua contra o movimento; força de atrito cinético entre o livro de baixo e a mesa atua contra o movimento.
e) Força de atrito cinético entre o livro de cima e a mesa atua contra o movimento; força de atrito estático entre o livro de baixo e o livro de cima atua a favor do movimento; força de atrito cinético entre o livro de baixo e a mesa atua contra o movimento.
Resolução
A alternativa correta é a letra c).
Primeiramente, o estudante está puxando o livro de cima (A) com uma forca externa ( ), fazendo o conjunto deslizar em relação à mesa.
A força de atrito estático entre o livro de cima (A) e e o livro de baixo (B) atua contra o movimento ( ), pois ela se opõe a tendencia de deslizamento pra frente sobre o livro de baixo.
A resultante das forcas que atuam em A é:
Entre o livro de baixo (B) e o livro de cima (A), a força de atrito estático tem sentido a favor do movimento do livro de cima, pois compõem par de ação e reação.
A força de atrito estático entre o livro de baixo e o livro de cima atua a favor do movimento ( ), puxando ele pra frente sendo a força responsável pelo movimento do livro de baixo pra frente, pois ela iguala a força aplicada pelo estudante no livro de cima.
Dessa forma, isso sugere uma força de atrito estático entre o livro de baixo e o de cima.
As duas forças de atrito estático entre os livros compõem um par de Ação e Reação, pois seguem os requisitos:
- Igual direção
- Igual intensidade
- Diferentes sentidos
- Igual nome
- Diferentes corpos
Entre o livro de baixo e a mesa, a força de atrito cinético ( ) tem sentido contrario ao do movimento dos livros. A força de atrito cinético entre o livro de baixo e a mesa atua contra o movimento, pois ela se opõe ao deslizamento do livro sobre a mesa. Essa força também tem sentido contrário ao do movimento dos livros.
A resultante das forcas que atuam em B é:
Obs: Não é necessário que o conjunto esteja Acelerado (MRUV-A)
Conforme a 2å lei de Newton, , existem duas forças paralelas ao movimento no livro de cima (A), as forcas externa ( ) e o atrito estático ( ) compondo a a Forca resultante . Portanto, se a velocidade fosse constante a aceleração seria zero , logo .
Questão 05.
(One) Um estudante de física coloca dois objetos, um sobre o outro, em uma mesa horizontal empurrando bloco de baixo, e os move de modo que ambos os objetos se deslocam juntos na mesma direção e com velocidade constante. Quais forças de atrito atuam no objeto de baixo em relação ao objeto de cima e à mesa, e qual é o sentido dessas forças em relação ao movimento?
a) Nenhuma força de atrito entre o objeto de cima e o objeto de baixo; força de atrito cinético contra o movimento entre o objeto de baixo e a mesa.
b) Força de atrito cinético contra o movimento entre o objeto de cima e o objeto de baixo; força de atrito estático a favor do movimento entre o objeto de baixo e a mesa.
c) Nenhuma força de atrito entre o objeto de cima e o objeto de baixo; força de atrito estático contra o movimento entre o objeto de baixo e a mesa.
d) Força de atrito cinético contra o movimento entre o objeto de cima e o objeto de baixo; força de atrito cinético contra o movimento entre o objeto de baixo e a mesa.
e) Força de atrito cinético contra o movimento entre o objeto de cima e a mesa; força de atrito estático a favor do movimento entre o objeto de baixo e a mesa.
Resolução
Para resolver essa questão, precisamos nos apoiar nas Leis de Newton.
Dado que os objetos estão se movendo com velocidade constante (MRU), isso implica que a força resultante sobre cada objeto é zero ( ), conforme a Primeira Lei de Newton.
Para o objeto de cima, se não há aceleração e a velocidade é constante, a força de atrito estático entre os dois objetos deve ser nula.
Não há necessidade de uma força de atrito para mantê-lo no lugar porque não há nenhuma tendência de deslizamento em relação ao objeto de baixo, lembrando que a lei da inércia garante que o corpo de cima ja esta em sua tendencia natural de velocidade constante.
Para o objeto de baixo, a situação é semelhante. A força de atrito entre ele e a mesa deve ser igual em magnitude e oposta em direção à força aplicada para mover o objeto ( ) , garantindo que a aceleração seja zero e a velocidade constante ( ).
Este atrito será uma força de atrito cinético, pois há movimento relativo entre o objeto de baixo e a mesa.
Portanto, a alternativa correta é:
a) Nenhuma força de atrito entre o objeto de cima e o objeto de baixo; força de atrito cinético contra o movimento entre o objeto de baixo e a mesa.
