Come calcolare la forza d'attrito viscoso

Tramite: O2O
Difficoltà: difficile
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Introduzione

Immaginate di dover spostare una scatola strusciandola sul pavimento o a correre tenendo un ombrello aperto. In entrambi i casi sperimenterete una resistenza al vostro moto. Questa resistenza è dovuta alla forza di attrito. In fisica l'attrito è una forza che si oppone allo scivolamento o rotolamento di un corpo a contatto con una superficie o fluido. Vediamo ora nel dettaglio come calcolare la forza di attrito viscoso.

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Occorrente

  • Nozioni di fisica base
  • Concetto di forza ed accelerazione
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Condizioni di presenza della forza di attrito viscoso

Nel caso il corpo sia immerso ed in moto all'interno di un fluido, una forza di attrito viscoso è presente e si opone al moto del corpo stesso. La forza di attrito viscoso, a differenza delle forze di attrito radente, create con lo scivolamento di un corpo a contatto con un altro, si genera solo con determinate condizioni.

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I fattori influenzanti la forza di attrito viscoso

La forza di attrito viscoso dipende dalla velocità del corpo in moto, dalla sua forma e dimensioni e dal fluido in cui esso è immerso. Una forma aerodinamica garantirà una minor resistenza al moto ed un fluido meno viscoso si opporrà in modo meno significativo al moto. Vediamo ora nel dettaglio la formula di Sokes che descrive questo fenomeno.

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La ormula di Stokes

Consideriamo il caso di una sfera di raggio R che si muove con velocità V in un fluido. La forza di attrito agente sulla sfera sarà data dal prodotto di 6*pigreco*coefficiente_di_viscosità*raggio_sfera*velocità.
La velocità espressa in metri al secondo e il coefficiente di viscosità in Pa*s.
Il coefficiente di viscosità è un fattore dipendente dal tipo di fluido e dalla sua temperatura. Molti fluidi, ad esempio l'olio, cambiano sensibilmente le proprie caratteristiche in base alla temperatura infatti.

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Considerazioni finali

Bisogna notare che il fenomeno dell'attrito viscoso cresce linearmente con all'aumentare della velocità del corpo. Di conseguenza, esisterà una velocità limite oltre la quale il corpo non potrà accelerare. Questa considerazione è valida per tutti i corpi. Immaginiamo quindi un corpo in caduta libera solamente soggetto alla forza di gravità. La sua velocità limite sarà uguale a quella per la quale la forza di attrito visoso uguaglierà la forza di gravità e di conseguenza poterà il corpo in uno stato con forza netta nulla e quindi accelerazione nulla.

Inoltre, la forza di attrito viscoso cresce linearmente fino ad una determinata velocità. In base al fluido e al corpo, dopo un determinato valore di velocità il fluido non scorre più laminarmente al corpo ma inizia a creare dei piccoli vortici sulla superficie di quest'ultimo. Questo fenomeno aumenta maggiormente l'effetto resistivo della forza trasormandosi in una forza che cresce quadraticamente al crescere della velocità del corpo.

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