Attrito

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.