Come calcolare la forza frenante

Tramite: O2O
Difficoltà: difficile
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Introduzione

La fisica può apparire come una disciplina particolarmente ostica per coloro che non hanno dimestichezza con buona parte di matematica. La fisica stessa viene definita anche come la disciplina all'interno della quale la matematica viene applicata in maniera diretta, poiché le derivazioni pratiche della fisica hanno a che fare direttamente con i calcoli. La vastità della fisica è tale che è possibile trovare implicazioni praticamente in qualsiasi settore dell'ingegneria, dalla meccanica all'idraulica, dalla biomedica all'ingegneria aerospaziale. Ma rimaniamo proprio in ambito dell'ingegneria meccanica, ovvero quella branca in cui la fisica svolge un ruolo da protagonista. Uno degli argomenti di base dell'ingegneria meccanica è la velocità, la quale comprende concetti legati all'accelerazione della materia, all'energia, all'attrito e alla forza frenante. Entriamo più nello specifico nell'ambito della forza frenane, e vediamo come calcolare tale grandezza fisica tenendo conto delle numerosi implicazioni della fisica nel quotidiano.

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Occorrente

  • Carta e penna
  • Libro di testo di fisica classica
  • Formulario di fisica classica
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Esempi quotidiani di forza frenante

Come parzialmente anticipato nell'introduzione, la forza frenante, anche detta "forza d'attrito", può essere spiegata in maniera semplice e pratica con alcuni esempi giornalieri che accadono nella quotidianità. Si prenda come esempio la frenata di un motorino, quella di un'automobile o di un camion: in tutti questi casi l'azione di frenata viene spiegata facendo riferimento proprio alla forza frenante. Ogni veicolo in procinto di frenare deve infatti riuscire ad attivare una particolare condizione, definita come "condizione di scivolamento", nonostante questa non venga mai raggiunta. In poche parole, ogni mezzo che deve compiere la frenata deve provocare una sorta di attrito radente (di tipo statico) tra il proprio pneumatico e il terreno. Con esempi simili, legati alla realtà quotidiana, è molto più facile comprendere le condizioni in cui un autoveicolo si trova a frenare ed è molto più facile capire fino in fondo il concetto di forza frenante.

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Il calcolo della forza frenane

In base a quanto stabilito in precedenza, risulta chiaro che la forza frenante o di attrito varierà in base alla tipologia di terreno o di condizione atmosferica in cui un autoveicolo si ritroverà a frenare. Questi sono concetti basilari per capire la forza d'attrito, nonostante quest'ultima possa variare anche in base ad altri fattori come la grandezza degli pneumatici o la condizione degli stessi. Da un punto di vista prettamente matematico, la formula che vi permetterà di calcolare la forza frenante è la seguente:


Fa = K * P


La "K" corrisponde al coefficiente di attrito, mentre "P" corrisponde al peso. Per fare un esempio pratico, ipotizzando di avere un'automobile con una massa di 1000 chili, la forza di attrito riferita ad un coefficiente di 0,4 è di (1000 * 0,4) = 4000 N.

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Altro esempio di calcolo

L'esempio precedente rappresenta una spiegazione molto semplice della forza di attrito, ma è utilissima per comprendere ad un primo impatto il concetto esposto. Per continuare a calcolare la forza frenante, è necessario anche poter calcolare il tempo che sarà legato al coefficiente di attrito tra pneumatico e asfalto. Un automobile di 1000 kg che viaggerà ad una velocità di 50 km/h potrà avere semplicemente una formula di questo tipo: F * D t = m * D v. In sostanza, "F" sarà la forza di attrito, "D t" sarà il tempo, mentre "m" sarà la massa e "D v" la variazione della velocità. Se avete altri dubbi su come calcolare la forza frenante consultate il link: http://inform.wabco-auto.com/intl/pdf/815/00/57/8150500573_23.pdf.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Per una comprensione totale dell'argomento trattato nella guida si consiglia lo studio di atri argomenti direttamente o indirettamente inerenti al tema trattato nella guida.
  • Nel caso in cui aveste altre difficoltà nel calcolare la forza frenante o nell'approfondire i concetti esposti, chiedete assistenza ad un professore di fisica.
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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