L’attrito è la resistenza al moto relativo (reale o incipiente) tra due corpi in interazione. È un fenomeno fondamentale in tutta l’ingegneria meccanica: è contemporaneamente causa di perdite energetiche e usura, e meccanismo indispensabile per freni, trasmissioni, fondazioni e isolamento sismico.
La tribologia è la disciplina che studia attrito, usura e lubrificazione dei sistemi meccanici.
Classificazione delle tipologie
L’attrito si manifesta in quattro tipologie fisicamente distinte, ognuna governata da meccanismi e leggi proprie:
| Tipologia | Meccanismo fisico | Dipendenza da v | Dipendenza dal carico |
|---|---|---|---|
| Attrito radente | Taglio giunzioni adesive tra asperità | No (modello classico) | F = \mu N |
| Attrito volvente | Isteresi deformazione zona di contatto | Sì (cresce con v per pneumatici) | F = (f_r/R) N |
| Attrito viscoso | Deformazione viscosa del film fluido | Sì (\tau = \mu_f \, dv/dy) | No (indipendente da N) |
| Attrito isteretico | Isteresi ciclo tensione-deformazione nel volume | No (indipendente da \omega) | Proporzionale ad ampiezza² |
Attrito radente
L’attrito radente (o attrito secco, attrito di scorrimento) è la resistenza allo strisciamento tra due superfici solide a contatto. Le leggi empiriche di Amontons e Coulomb stabiliscono:
F_s \leq \mu_s\, N \quad \text{(statico)}, \qquad F_d = \mu_d\, N \quad \text{(dinamico, con } \mu_d < \mu_s \text{)}
Il meccanismo microscopico è il taglio delle giunzioni adesive tra asperità superficiali (modello di Bowden e Tabor). La differenza \mu_s > \mu_d causa il fenomeno dello stick-slip.
Attrito volvente
L’attrito volvente si oppone al rotolamento puro di un corpo su una superficie e nasce dall’isteresi della deformazione nella zona di contatto. Il suo coefficiente C_r = f_r/R è 10–1000 volte inferiore al coefficiente di attrito radente, il che rende i cuscinetti volventi e le ruote molto più efficienti dello strisciamento.
Attrito viscoso
L’attrito viscoso è la resistenza di un fluido interposto tra superfici in moto relativo, proporzionale alla velocità di scorrimento e alla viscosità del fluido (legge di Newton: \tau = \mu_f \, dv/dy). È il meccanismo alla base della lubrificazione idrodinamica e degli ammortizzatori viscosi.
Attrito isteretico
L’attrito isteretico è la dissipazione di energia nel volume di un materiale per isteresi del ciclo tensione-deformazione, senza strisciamento superficiale. È il meccanismo dominante nei polimeri, gomme ed elastomeri. Si manifesta come resistenza di rotolamento nei pneumatici e come smorzamento isteretico nelle strutture.
Regimi di lubrificazione e curva di Stribeck
Quando le superfici sono lubrificaste, il tipo di attrito operante dipende dalle condizioni: la curva di Stribeck descrive la transizione tra i regimi di lubrificazione limite (attrito radente prevalente), mista e idrodinamica (attrito viscoso prevalente) in funzione del parametro di Hersey \Lambda = \mu_f n / p.
Ruolo in ingegneria
Attrito come nemico: perdite di potenza nei riduttori, usura, riscaldamento, cavitazione tribologica.
Attrito come alleato: freni (radente), trasmissioni a cinghia (radente), pneumatici (radente), cuscinetti idrodinamici (viscoso), isolatori sismici (isteretico + volvente).
Vedi anche: Attrito Radente, Attrito Volvente, Attrito Viscoso, Attrito Isteretico, Curva di Stribeck, Smorzamento Isteretico, Ammortizzatore.