Come Aumentare l'Attrito
Ti sei mai chiesto perché ti si scaldano le mani quando le strofini insieme velocemente o perché strofinando due bastoncini puoi riuscire ad accendere un fuoco? La risposta è frizione! Quando due superfici si strofinano una contro l'altra, resistono naturalmente le une alle oltre a livello microscopico. Questa resistenza può provocare il rilascio di energia sotto forma di calore, riscaldando le mani, accendendo un fuoco e così via. Maggiore la frizione, maggiore l'energia rilasciata, perciò sapere come aumentare l'attrito tra delle parti in movimento in un sistema meccanico permetterti potenzialmente di generare molto calore!
1. **Crea un punto di contatto più "ruvido" o adesivo.** Quando due materiali scivolano o strofinano gli uni contro gli altri, possono accadere tre cose: le piccole nicchie, irregolarità e protuberanze delle superfici possono scontrarsi; una o entrambe le superfici possono deformarsi in risposta al movimento; infine, gli atomi delle superfici possono interagire tra loro. Per gli scopi pratici, tutti e tre questi effetti producono lo stesso risultato: generano attrito. Scegliere superfici abrasive (come la carta vetrata), si deforma se schiacciate (come la gomma), o che hanno interazioni adesive con altre superfici (come la colla, ecc.) è un metodo diretto per aumentare l'attrito.

I manuali d'ingegneria e fonti simili possono essere ottimi strumenti per scegliere i materiali migliori per creare attrito. La maggior parte dei materiali da costruzione ha coefficienti di attrito conosciuti — che misurano la quantità di attrito generata a contatto con altre superfici. Di seguito troverai i coefficienti di attrito dinamico per alcuni dei materiali più comuni (un coefficiente più alto indica più attrito:
Alluminio su alluminio: 0,34
Legno su legno: 0,129
Asfalto asciutto su gomma: 0,6-0, 85
Asfalto bagnato su gomma: 0,45-0,75
Ghiaccio su ghiaccio: 0,01
2. **Premi le due superfici una contro l'altra con più forza.** Un principio fondamentale della fisica di base è che l'attrito su un oggetto è proporzionale alla forza normale (per gli scopi del nostro articolo, si tratta della forza che preme verso l'oggetto contro cui il primo sta scivolando). Questo significa che l'attrito tra due superfici può essere aumentato se le superfici sono premute l'una contro l'altra con più forza.
Se hai mai usato dei freni a disco (ad esempio in auto o in bicicletta), hai osservato questo principio in azione. In questo caso, premere il freno spinge una serie di tamburi che generano attrito contro i dischi di metallo fissati alle ruote. Più a fondo schiacci il freno, maggiore la forza con cui i tamburi sono premuti contro i dischi e maggiore l'attrito generato. Questo permette di fermare rapidamente il veicolo, ma causa anche una notevole produzione di calore, il motivo per cui molti freni sono solitamente molto caldi dopo frenate intense.
3. **Se una superficie è in movimento, fermala.** Fino a questo momento, ci siamo concentrati sull'attrito dinamico — l'attrito che avviene tra due oggetti o superfici che strofinano una contro l'altra. In effetti, quest'attrito è diverso da quello statico — l'attrito che avviene quando un oggetto inizia a muoversi contro un altro. Fondamentalmente, l'attrito tra due oggetti è maggiore nel momento in cui questi iniziano a muoversi. Quando sono già in movimento, l'attrito diminuisce. Questa è una delle ragioni per cui è più difficile iniziare a spingere un oggetto pesante rispetto a quanto non lo sia continuare a muoverlo.
Prova questo semplice esperimento per osservare la differenza tra l'attrito dinamico e quello statico: metti una sedia o un altro mobile su un pavimento liscio in casa tua (non su un tappeto). Assicurati che il mobile non abbia feltrini protettivi o qualunque altro materiale sul fondo che possa facilitarne lo scorrimento sul terreno. Prova a spingere il mobile con forza appena sufficiente per farlo muovere. Dovresti notare che appena inizia a muoversi, diventerà subito più facile spingerlo.  Questo perché l'attrito dinamico tra il mobile e il pavimento è inferiore all'attrito statico.
4. **Elimina i lubrificanti tra le due superfici.** I lubrificanti come olio, grasso, glicerina e così via possono ridurre molto l'attrito tra due oggetti o superfici. Questo perché l'attrito tra due solidi è solitamente molto più alto dell'attrito tra i solidi e il liquido che si trova tra di essi. Per aumentare l'attrito, prova a rimuovere i lubrificanti dall'equazione, e usare solo parti "asciutte", non lubrificate, per generare attrito.
Per verificare l'effetto sull'attrito dei lubrificanti, prova questo semplice esperimento: strofina insieme le mani come se sentissi freddo e volessi scaldarle. Dovresti notare subito il caldo provocato dall'attrito. Poi, spargi sulle mani una quantità abbondante di crema e prova a fare la stessa cosa. Non solo sarà molto più facile strofinare le mani insieme velocemente, ma dovresti notare anche una produzione inferiore di calore.
5. **Elimina ruote o cuscinetti per creare attrito da scivolamento.** Le ruote, i cuscinetti e altri oggetti "rotanti" seguono le leggi dell'attrito rotante. Quest'attrito è quasi sempre molto inferiore all'attrito generato semplicemente facendo scivolare un oggetto equivalente lungo una superficie — questo accade perché questi oggetti tendono a rotolare e non a scivolare. Per aumentare l'attrito in un sistema meccanico, prova a rimuovere ruote, cuscinetti e tutte le parti rotanti.
Considera ad esempio la differenza tra tirare un peso notevole a terra su un carro rispetto a un peso simile su una slitta. Un carro ha le ruote, perciò è molto più facile trainarlo rispetto alla slitta, che scivola contro il terreno, generando molto attrito.
6. **Aumenta la viscosità del fluido.** Gli oggetti solidi non sono gli unici a creare attrito. Anche i fluidi (liquidi e gas come acqua e aria, rispettivamente) possono generare attrito. La quantità di attrito generata da un fluido che scorre contro un solido dipende da molti fattori. Uno dei più semplici da controllare è la viscosità del fluido — ovvero quella è spesso indicata come "densità". Generalmente, i fluidi molto viscosi (quelli "densi", "gelatinosi", ecc.) generano più attrito di quelli meno viscosi (che sono "lisci" e "liquidi").
Considera, ad esempio lo sforzo necessario per bere dell'acqua con una cannuccia e quello per bere del miele. È molto facile risucchiare l'acqua, che non è molto viscosa. Con il miele invece è più difficile. Questo perché l'alta viscosità del miele crea molto attrito lungo lo stretto percorso della cannuccia.
7. **Aumenta l'area esposta all'aria.** Come citato in precedenza, i fluidi come l'acqua e l'aria possono generare attrito mentre si muovono contro oggetti solidi. La forza di attrito che un oggetto subisce durante il suo movimento in un fluido è chiamata resistenza fluidodinamica (in alcuni casi ci si riferisce a questa forza come "resistenza dell'aria", "resistenza dell'acqua", ecc.). Una delle proprietà di questa resistenza è che gli oggetti con una sezione maggiore — ovvero che presentano un profilo più ampio al fluido attraverso il quale si muovono — subiscono più attrito. Il fluido può spingere contro più spazio totale, aumentando l'attrito sull'oggetto in movimento.
Ipotizziamo ad esempio che un sasso e un foglio di carta pesino entrambe un grammo. Se lasciamo cadere entrambe contemporaneamente, il sasso finirà dritto a terra, mentre la carta svolazzerà lentamente verso il basso. Questo è il principio della resistenza fluidodinamica in azione — l'aria spinge contro l'ampia e grande superficie del foglio, rallentandone il movimento molto più di quanto non faccia con il sasso, che ha una sezione relativamente piccola.
8. **Usa una forma con un coefficiente di resistenza fluidodinamica maggiore.** Anche se la sezione di un oggetto è un buon indicatore "generale" del valore della resistenza fluidodinamica, in effetti, i calcoli per ottenere questa forza sono leggermente più complessi. Forme diverse interagiscono con i fluidi in modi diversi durante il movimento — questo significa che alcune forme (ad esempio, un piano circolare), possono subire una resistenza molto maggiore rispetto ad altre (ad esempio le sfere) realizzate con la stessa quantità di materiale. Il valore che mette in relazione forma ed effetto sulla resistenza è definito "coefficiente di resistenza fluidodinamica" ed è maggiore per le forme che producono più attrito.
Considera ad esempio l'ala di un aeroplano. La tipica forma dell'ala degli aeroplani è definita profilo alare.  Questa forma, che è liscia, stretta, arrotondata e snella, fende l'aria con facilità. Ha un coefficiente di resistenza aerodinamica molto basso — 0,45. Immagina invece se un aeroplano avesse ali dai profili affilati, squadrati e prismatici. Queste ali genererebbero molto più attrito, perché non potrebbero muoversi senza offrire molta resistenza all'aria. I prismi, in effetti, hanno un coefficiente di resistenza aerodinamica molto maggiore di quello del profilo alare — circa 1,14.
9. **Usa una linea del corpo meno aerodinamica.** Grazie a un fenomeno legato al coefficiente di resistenza aerodinamica, gli oggetti con linee di flusso più grandi e squadrate generano solitamente più resistenza degli altri oggetti. Questi oggetti sono realizzati con bordi ruvidi e dritti e solitamente non diventano più snelli nella parte posteriore. Gli oggetti invece, che hanno profili aerodinamici sono stretti, hanno angoli arrotondati e solitamente si restringono nella parte posteriore — come il corpo di un pesce.
Considera ad esempio il profilo con cui sono costruite le berline familiari di oggi rispetto a quello che era usato decenni fa. Nel passato, molte auto avevano un profilo squadrato ed erano costruite con molti angoli acuti e retti. Oggi, la maggior parte delle berline sono molto più aerodinamiche e hanno molte curve gentili. Questo è una strategia intenzionale — i profili aerodinamici diminuiscono molto la resistenza incontrata dalle automobili, riducendo la quantità di lavoro che il motore deve fare per spingere l'auto (aumentando di conseguenza il risparmio di carburante).
10. **Usa un materiale meno permeabile.** Alcuni tipi di materiali sono permeabili ai fluidi. In altre parole, hanno dei fori nei quali possono passare i fluidi. Questo riduce in modo effettivo l'area dell'oggetto contro cui il fluido può spingere, riducendo la resistenza. Questa proprietà è vera anche per fori microscopici — se i fori sono abbastanza larghi da far passare parte del fluido attraverso l'oggetto, la resistenza sarà ridotta. Questo è il motivo per cui i paracadute, pensati per creare molta resistenza e rallentare la velocità di caduta di chi li utilizza, sono realizzati con forti tessuti in nylon o seta leggera e non tessuti traspiranti.
Per un esempio di questa proprietà in azione, considera che puoi muovere più rapidamente una racchetta da ping pong se vi pratichi alcuni fori. I fori lasciano passare l'aria attraverso la racchetta quando questa viene mossa, riducendo molto la resistenza.
11. **Aumenta la velocità dell'oggetto.** Infine, a prescindere dalla forma dell'oggetto o dalla sua permeabilità, la resistenza aumenta sempre in modo proporzionale alla velocità. Più l'oggetto va veloce, più fluido deve attraversare, e di conseguenza, più alta la resistenza. Gli oggetti che si muovono a velocità molto alte possono subire resistenze elevatissime, perciò devono solitamente essere molto aerodinamici o non sopporteranno la resistenza.
Considera, ad esempio il Lockheed SR-71 "Blackbird", un aereo spia sperimentale costruito durante la guerra fredda. Il Blackbird, che poteva volare a velocità superiori a 3,2, subiva resistenze aerodinamiche estreme a quelle velocità, nonostante il suo design ottimale — le forze erano così estreme che la fusoliera metallica dell'aeroplano si espandeva a causa del calore generato dall'attrito dell'aria in volo.
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