Coefficienti di attrito lungo un piano inclinato

Margaux Khalil (École Estienne), Julien Bobroff, Frédéric Bouquet (Laboratoire de Physique des solides, Université Paris-Sud and CNRS) opentp.fr/it

Livello : Media

1 giorno

L'obiettivo dell'esperienza è quello di verificare la differenza tra l'attrito statico e dinamico e di osservare la validità del Principio di Inerzia.

La Fisica

Nell’esperimento con lo smartphone il coefficiente di attrito statico µs = tan (αMAX), dove αMAX è l’angolo massimo di inclinazione del piano inclinato. Il coefficiente di attrito dinamico µd = gsenα-a/gcosα, dove α è un qualsiasi angolo di inclinazione e a è l’accelerazione del corpo che scivola sul piano inclinato.
Nell’esperimento con Arduino si utilizza la legge del moto uniformemente accelerato con partenza da fermo:s = (1/2) at^2.

Cavetti
Sensore ultrasonico
Arduino
Breadboard
Led
Smartphone
Strumenti di misura
Tavole di legno e fogli di plexiglass

Materiali

Cavetti
Sensore ultrasonico
Arduino
Breadboard
Led
Smartphone
Strumenti di misura
Tavole di legno e fogli di plexiglass

PASSO 1

Costruire il piano inclinato di altezza regolabile e una scatola capace di contenere lo smartphone. Ritagliare dei fogli di plexiglass e incollarli sul piano inclinato e sotto la scatola.

PASSO 2

Posizionare lo smartphone nella scatola sul piano inclinato, inizialmente in posizione orizzontale. Iniziare l’acquisizione dei dati dell’accelerometro. Sollevare gradualmente il piano fino a quando la scatola non comincia a scivolare.

PASSO 3

Tracciare il grafico a_y/a_z = tg(theta), in funzione del tempo. Individuare il punto in cui la curva ha una discontinuità per determinare il momento in cui inizialo scivolamento.

Il valore massimo raggiunto dal grafico, mu_s = tg(theta_max), al punto precedente fornisce una misura diretta del coefficiente d’attrito. Ripetere l’esperienza per diversi materiali.

PASSO 4

Fissare un’angolo di inclinazione che permetta alla scatola contenente lo smartphone di scivolare e misurare l’accelerazione della scatola utilizzando l’accelerometro phyphox.

Elaborare i dati per ricavare il valore del coefficiente di attrito dinamico. Ripetere l’esperienza con diversi materiali.

PASSO 5

Posizionare il sensore di movimento in cima al piano inclinato e rilevare con Arduino le posizioni della scatola nel tempo.

Elaborare i dati registrati attraverso un grafico s-t e, attraverso la linearizzazione della funzione quadratica s(t), ricavare l’accelerazione, quindi il coefficiente di attrito dinamico.

Come risulta il coefficiente di attrito dinamico rispetto a quello di attrito statico?

I coefficienti d’attrito statico si possono ordinare in una scala decrescente?

È ragionevole pensare che prima o poi questo numero possa diventare nullo?

Le esperienze svolte ci mostrano che:

il coefficiente di attrito dinamico è sempre minore del corrispondente coefficiente di attrito statico;
il coefficiente di attrito statico cambia al variare dei materiali a contatto e diminuisce al diminuire dell’angolo di primo distacco;
si può pensare quindi che tenda ad annullarsi; in tal caso l’accelerazione del corpo risulterebbe nulla e pertanto il corpo si manterrebbe in movimento, qualora già lo fosse, anche in assenza di forze.