Por que a força de atrito não depende da área de contato? Por exemplo, eu imagino que se metade de um corpo extenso estiver sobre uma superfície lisa e metade sobre outra áspera, ele deveria sofrer uma força de atrito menor do que se 10% dele estivesse sobre a superfície lisa e 90% sobre a áspera. Acho que eu mereço um prêmio por fazer a pergunta mais sem vergonha da história do tópico.
Na verdade, tem a ver, sim, com a área de contato. Senão, carros de F1 não teriam pneus slick.
O que vemos no colégio é uma simplificação que coloca todos esses efeitos num coeficiente de atrito.
Compare com a capacidade térmica (quanta energia vc precisa pra elevar a temperatura daquela coisa de 1 grau) com o calor específico.
Uma coisa que eu aprendi em Lab 2: atrito é complicado PRA CARALHO
E o que seria, exatamente, essa "área de contado"? E o "contato", o que seria?
Bom, eu lamento mas tenho que dizer que isso tudo está muito errado.
Em benefício da boa imagem científica desse forum, peço licença para desfazer esse equívoco muito elementar que ocorreu aqui; elementar mas de muito significativa importância pois quando se especula sobre coisas como temperaturas negativas há margem para discursos que beiram à filosofia quântica mas não se desfaz o entendimento real, observável e utilizável do conceito de temperatura, o que não é o caso aqui, com o atrito. Não sei se você, uiliníli, tinha em mente apenas tirar um sarro da coisa (e, nesse caso, me parece que o mais correto seria a colocação da questão na seção de perguntas idiotas ou não, em papo furado, o que você não fez) ou se falou a sério. De qualquer forma, o que fica para o leitor desavisado e desconhecedor é a ideia errada do fenômeno.
De fato, o atrito é um fenômeno complicado que, a menos que haja conhecimento em algum meio científico recluso, não se sabe, ou, eu, pelo menos, não sei, quais as causas físicas exatas do fenômeno. E não que seja por alguma peculiaridade especialmente singular; qualquer questão física é somente tão complicada quanto a profundidade na qual se está disposto a ir em sua abordagem, e é nesse percurso que o pesquisador chega ao ponto de ver-se diante da fronteira que separa o puro empirismo da teorização -- a exata fronteira onde se encontra o que se chama ciência e onde se pode observar a separação entre ela e a tecnologia. Mas o que se tem de informação empírica sobre atrito é colossal (o bastante para garantir os fatos tribológicos usados em tecnologia) e as teorias ou hipóteses propostas também são muito consistentes.
É um *fato* empírico a independência da força de atrito da área de faceamento entre as partes deslizantes mantendo-se a mesma componente resultante normal de todas as forças que atuam e todas as outras condições físicas afetantes, como o acabamento superficial e os materiais de que se compõem as superfícies. E nem é tão difícil entender o porquê, numa simples elaboração teórica aparentemente paradoxal -- é, justamente, porque depende da área! Não, não estou brincando nem tentando confundir. É porque não é da área "extensa" ("extensa" no sentido em que está ligada ao conceito estrito de "corpo extenso") que estou falando.
Observe que você transgrediu uma regra (diga-se de passagem, é o que me fez supor a possibilidade de que não estivesse falando seriamente; junto com aquele "prêmio" que você reivindicou, claro) quando dividiu a área de deslizamento em regiões com aspereza diferente. É claro que, neste caso, a área *extensa* (quando digo extensa, refiro-me à área geométrica simples, macroscópica, idealmente lisa, delimitada pelo contorno da superfície dada) do corpo é a mesma, mas um outro fator (aspereza, que se pode traduzir por área também, mas não a extensa simples) não é; o que, é claro, modificará o atrito.
Para nós, hoje, não é muito difícil entender que a definição do que seja a interação de contato entre corpos (notadamente os extensos, aos quais nos referimos aqui, em que as propriedades médias observáveis são nominalmente, ou, pelo menos, aceitavelmente de um ponto de vista estatístico, clássicas) não pode ser feita dentro de um paradigma clássico. Não pode ser definido, classicamente, o momento em que dois corpos estão em contato; o próprio contato, em si, não pode ser definido classicamente porque as fronteiras dos corpos são regiões de eventos quânticos; daqui devem começar a surgir os grandes problemas da abordagem do fenômeno do atrito. Mas, ainda assim, algumas pressuposições clássicas ainda são cabíveis.
Primeiro, para reiterar, as observações empíricas são claras e não deixam dúvida. Eu mesmo, já lá na minha adolescência, fiz algumas experiências com o atrito. Cheguei a montar um razoável aparato experimental em que utilizei motores para o arrasto dos corpos de prova e dinamômetros de tração com resolução/precisão(?) de um grama. Usei vários corpos de vários materiais em formato de sólidos irregulares e, com cada uma das faces (algumas com discrepância em superfície de mais de 1 para 10) voltadas para a superfície de atrito, pude confirmar a lei da independência embora não fosse o que me interessava naquelas experiências pois esta lei já me parecia óbvia e eu já não tinha dúvidas sobre ela (me interessava mais entender a razão da diferença entre atrito estático e dinâmico, o que me intrigava).
Este problema guarda muita semelhança com o da queda dos graves, e a fórmula respectiva do atrito, função direta extremamente simples, é a "mesma" da segunda lei de Newton (e de numerosíssimas outras correlações físicas, todas descritas por essa simplíssima relação matemática fundamental). Ocorre que, no caso da 2ª lei de Newton (aplicada, *especificamente*, à queda de graves), o que seria a constante de proporcionalidade adimensional (coeficiente de atrito), a aceleração (da gravidade, especificamente no caso da queda de um grave), assume, para nós, outros significados, como a interpretação puramente cinemática, sem contar o significado relativístico. Dessa forma, uma simples análise dimensional deixa claro que se a força de atrito é função exclusiva da normal (todos os outros parâmetros mantidos) não será função da área extensa deslizante visto que esta distribui a força, variando a pressão por unidade de área. Do meu ponto de vista, assim como a queda dos graves cuja aceleração independe da massa dos mesmos, a força de atrito parecia obviamente, naturalmente constante, independente da área. O oposto disso é que me parecia contraintuitivo.
A pergunta que importa não é porque não depende da área visto isso ser óbvio demais; a pergunta interessante é: por que o atrito é função da força que pressiona os corpos atritantes, um contra o outro? Isso pode parecer intuitivo (e, de fato, é, como tudo que é influenciado pelas experiências do cotidiano, muitas vezes, senão na esmagadora maioria delas, erradamente) mas, do ponto de vista "correto", não faz sentido algum. Numa primeira análise, parece haver uma possível abordagem clássica para isso -- os corpos deformam-se sob compressão de modo a se conformarem, elasticamente ou não, e se amoldarem às regiões de aplicação da força tendendo a aumentar a superfície de contado (dentro da mesma superfície extensa). Dentro da fase/faixa elástica da deformação, em que há proporcionalidade linear, fica sugestiva a variação concomitante direta da força de atrito com a força que pressiona as superfícies. Esta proporcionalidade não poderia se manter indefinidamente porque, ou atingiríam-se os limites de escoamento/ruptura ou um máximo teórico de atrito em que a força de atrito se confundiria com a necessária para a ruptura do (já inteiriço) corpo por cisalhamento (é claro que isso é muito mais complexo do que essa abordagem simples permite entrever e seriam necessárias muitas páginas de avaliação de possibilidades, complicações e implicações; seria necessário empirismo, também, para sabermos do que estamos falando se não formos eficazes o bastante para usarmos bem os desdobramentos da grande quantidade de empirismo acumulado que temos à disposição). Isso tudo evidencia o fato da força de atrito ser uma notável manifestação quântica em escala macroscópica, onde a abordagem clássica justifica-se pela abordagem quântica.
Eu "poderia" (nem tanto, mas até que gostaria) ficar escrevendo sobre isso muito mais longamente mas vou abordar só mais uma curiosidade. Entende-se (e verifica-se), normalmente, que quanto mais polidas e bem acabadas as superfícies atritantes, menor o atrito. No entanto, curiosamente, quando essas superfícies apresentam um grau de acabamento muito elevado, o atrito aumenta. Quem conhece o fenômeno que ocorre com os 'blocos-padrão', fenômeno que é aproveitado na montagem das combinações dos mesmos, sabe o que ocorre -- as superfícies são tão planas e bem acabadas que, postas em contato, aderem com sensível e significava força. Os blocos-padrão são usados em laboratórios de mecânica para a calibração/aferição de instrumentos de medida e gabaritos de altíssima precisão.
Quanto ao equívoco do Snowraptor, foi uma ilação precipitada e preconcebida que ele tirou de uma observação mal perquirida (e com a "intuição" errada) de pneus.
Há um sem número de outras possíveis (não tenho informações objetivas; nunca estudei essa questão técnica específica) justificativas técnicas para o uso de pneus com banda de rodagem lisa na F1. Posso listar algumas que já justificariam plenamente o uso desses pneus. A primeira de todas seria, exatamente, o fato de o atrito dinâmico não depender da área de contato, o que promove liberdade para muitas medidas técnicas se tomarem. Já, entre estas medidas, o uso de superfície lisa reduz a velocidade total de desgaste pois o desgaste de um corpo em constante atrito é função inversa da área de contato e a superfície de maior área de contato possível é a superfície mais lisa possível; isso possibilitaria aos pneus rodarem mais tempo antes da troca; além disso, o desgaste também é geometricamente uniforme além de mais lento mantendo o comportamento do pneu mais constante do início ao fim.
Há que se considerar a existência do atrito de tombamento ou rolamento; este tipo de "atrito" (assim considerado mas de natureza totalmente diferente do atrito deslizante) ocorre pela deformação dos corpos em contato que tende a gerar componentes de forças resistentes ao movimento tanto maiores quanto maior a deformação, e a deformação nos pneus será tanto menor quanto maior a superfície de contato. Há, também, que se considerar a possível importância de efeitos aerodinâmicos em pneus catracados e sulcados ou em lisos; e não só uma possível menor resistência/turbulência aerodinâmica em pneus lisos mas, talvez, uma menor tendência na formação de colchão de ar entre o pneu e a pista.
Pneus para veículos normais de passeio beneficiam-se de catracas, sulcos, ranhuras porque são destinados à rodagem em diversos tipos de suporte. Em pistas mais rígidas, como asfalto, auxiliam a cortar melhor fluidos que, eventualmente, as cubram; em solos macios, catracas propiciam um engrenamento; e por aí vai. Pneus para F1 rodam nas pistas específicas para F1 e podem dispensar essa estrutura (embora, se a pista estiver molhada, beneficiar-se-iam de estrias...).
Fatores térmicos podem ser relevantes também, se analisarmos bem. Muitos outros fatores podem ser relevantes mas não o "maior atrito pela maior área".
Se eu continuasse, provavelmente escreveria dezenas de páginas com muitos detalhes a mais. E despenderia dezenas de vezes mais tempo! Não, de jeito nenhum! Mas eu não podia deixar isso sem esse esclarecimento.
