Defina:
d) atrito externo;
d) atrito externo;
Passo 1
O enunciado pede que eu defina o termo “atrito externo”. Não há outros dados numéricos nem figura: só preciso explicar o que é esse tipo de atrito e como ele se representa/usa em problemas.
Passo 2
Definição conceitual detalhada (explicação didática): atrito externo é a força que o meio exterior exerce sobre um corpo quando há tendência de movimento relativo entre o corpo e esse meio, sempre no sentido de se opor ao movimento (ou à tendência de movimento). Em termos simples: é a resistência que aparece na superfície de contato entre o objeto e o que está “do lado de fora” (outro sólido, ar, água, etc.), e essa resistência transforma energia mecânica do corpo em calor ou outras formas (é uma força não conservativa).
Por que existe o atrito externo (intuição física): na escala microscópica as superfícies não são perfeitamente lisas e há interações eletromagnéticas entre as superfícies ou entre o corpo e as partículas do fluido. Essas irregularidades e interações criam forças tangenciais que retardam o movimento relativo — isso é o atrito externo. Pense como se “ganchos microscópicos” e colisões com moléculas do fluido fizessem o corpo perder energia cinética.
Por que existe o atrito externo (intuição física): na escala microscópica as superfícies não são perfeitamente lisas e há interações eletromagnéticas entre as superfícies ou entre o corpo e as partículas do fluido. Essas irregularidades e interações criam forças tangenciais que retardam o movimento relativo — isso é o atrito externo. Pense como se “ganchos microscópicos” e colisões com moléculas do fluido fizessem o corpo perder energia cinética.
Passo 3
Modelos simples que você vai usar na prova (o que cada símbolo significa):
- Atrito seco (sólido-sólido), modelo de Coulomb:
onde
é a força de atrito estático (até um máximo),
é a força de atrito cinético (quando há deslizamento),
é o coeficiente de atrito estático,
é o coeficiente de atrito cinético e
é a força normal (perpendicular) entre as superfícies. As unidades de
e
são newtons (
), e
é adimensional.
- Atrito com fluido (arrasto/viscosidade):
- Regime viscoso (baixo número de Reynolds, velocidade pequena): modelo linear
onde é uma constante de amortecimento (unidades ) e é a velocidade; o sinal negativo indica oposição ao movimento. - Regime de arrasto em altas velocidades: modelo quadrático
onde é o coeficiente de arrasto adimensional, é a densidade do fluido, é a área de referência e a velocidade relativa.
- Regime viscoso (baixo número de Reynolds, velocidade pequena): modelo linear
Passo 4
Exemplo passo a passo (como fazer na prova — bloco em superfície horizontal): suponha um bloco com massa
em superfície horizontal com coeficiente de atrito cinético
. Calcule a força de atrito e a desaceleração causada por ela.
- Primeiro calcule a normal: em superfície horizontal e sem outras forças verticais,
onde é a aceleração da gravidade, use . - Substituindo:
- Força de atrito cinético:
- Desaceleração (segunda lei de Newton, força tangencial resultante
):
Interpretação: o bloco perde velocidade a
por causa do atrito externo.
Passo 5
Trabalho e energia (o que o atrito faz com a energia): o atrito externo realiza trabalho negativo sobre o corpo, reduzindo energia mecânica. Se a força de atrito for aproximadamente constante ao longo de um deslocamento
na direção do movimento, o trabalho realizado pelo atrito é
Esse trabalho aparece tipicamente como aumento de energia interna (calor) do sistema/superfície. Conclusão prática: não conserve energia mecânica quando houver atrito sem contabilizar a dissipação.
Passo 6
Diferença rápida entre atrito externo e atrito interno (para não confundir na prova):
- Atrito externo: forças de resistência entre o corpo e o meio exterior (ex.: bloco sobre mesa, arrasto no ar, resistência em água). É modelado por Coulomb, arrasto linear/quadrático, etc.
- Atrito interno: dissipação dentro do próprio corpo ou material (viscosidade interna, histerese em materiais, amortecimento estrutural). Aqui a perda ocorre dentro do material quando deformado internamente.
Passo 7
Dicas práticas para resolver questões com atrito na prova:
- Desenhe o diagrama de corpo livre (FBD) identificando
, peso , força aplicada e sentido de possível movimento. - Decida se o atrito é estático (
variável até ) ou cinético ( constante). - Calcule a normal corretamente (em superfícies inclinadas, não esqueça a componente
). - Lembre que
normalmente; verifique se o corpo realmente desliza antes de usar . - Para fluidos, estime se o regime é linear (baixo
) ou quadrático (alto ) e use o modelo adequado.
Resposta
Atrito externo: força de resistência que o meio exterior (outra superfície ou um fluido) exerce sobre um corpo para se opor ao movimento relativo entre eles; é uma força não conservativa que pode ser modelada, dependendo do caso, por atrito seco (Coulomb,
) ou por arrasto viscoso (
ou
), e que transforma energia mecânica em calor/energia interna.