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A tribologia é a ciência que estuda a fricção, o desgaste e a lubrificação que têm lugar durante o contacto entre superfícies sólidas em movimento relativo.
O atrito é a resistência ao movimento relativo que se estabelece quando dois objectos estão em contacto. Já todos tivemos uma fácil aprendizagem do que é o atrito. Ao tentarmos empurrar um objecto, inicialmente em repouso, sobre uma determinada superfície, sentimos alguma dificuldade em iniciar o movimento; mas, uma vez em movimento, a força necessária para empurrar o objecto diminui. O atrito é a força que se manifesta, em sentido contrário, à força que colocou o objecto em movimento. Na fase inicial essa força de atrito é maior e designa-se por atrito estático; com o objecto em movimento essa força diminui e temos o chamado atrito cinético. A força de atrito depende do estado das superfícies em contacto – concretamente, da sua rugosidade. Temos também a noção do efeito das superfícies: se a superfície de deslizamento do objecto e/ou a superfície onde ele desliza for(em) muito rugosa(s), a força para colocar o objecto em movimento será maior, bem como a força para manter o objecto em movimento. Existe proporcionalidade entre a força de atrito estático e o a força que o objecto exerce sobre a superfície, que é o seu peso. Temos então:
Sendo:
Fae a força de atrito estático;
µe o factor de proporcionalidade, chamado coeficiente de atrito estático;
N é o peso do objecto – a força que este exerce sobre a superfície em contacto.
No caso do deslizamento ocorrer sobre um plano inclinado, o valor de N será o valor da componente da força perpendicular à superfície de deslizamento (Figura 61).
Neste caso:
Sendo:
Fae a força de atrito estático;
µe o factor de proporcionalidade, chamado coeficiente de atrito estático;
N é o peso do objecto – a força que este exerce sobre a superfície em contacto;
θ é o ângulo do declive.
Quando o objecto se encontrar em movimento, dissemos que a força necessária para o empurrar diminui. Neste caso podemos escrever as igualdades:
(para o plano inclinado:)
Sendo:
Fac a força de atrito cinético;
µc o factor de proporcionalidade, chamado coeficiente de atrito cinético;
N é o peso do objecto – a força que este exerce sobre a superfície em contacto;
θ é o ângulo do declive.
Face ao exposto, constata-se que:
A força de atrito depende:
O coeficiente de atrito entre duas superfícies depende, como se disse, da sua rugosidade e depende também da sua condição, de seco ou molhado, uma vez que as superfícies molhadas, por qualquer tipo de fluido, este comporta-se como um “lubrificante”, diminuindo, portanto, o coeficiente de atrito. O coeficiente de atrito entre duas superfícies depende também da temperatura. Na Tabela 28 indicam-se os coeficientes de atrito para borracha em contacto com vários tipos de superfícies.
Tabela 28 – Coeficientes de atrito | |||
---|---|---|---|
Materiais em contacto | Condição | Coeficiente de atrito estático | Coeficiente de atrito cinético |
Borracha / Aço | Seco | 0,6 – 0,9 | 0,3 – 0,6 |
Borracha / Asfalto | Seco | 0,7 – 0,9 | 0,5–0,8 |
Borracha / Asfalto | Molhado | – | 0,25–0,75 |
Borracha / Borracha | Seco | – | 1,16 |
Borracha / Cartão | Seco | 0,5 – 0,8 | – |
Borracha / Cimento | Seco | 1,0 | 0,6–0,85 – 1,02 |
Borracha / Cimento | Molhado | 0,30 – 0,62–0,70 | 0,45–0,75 |
Borracha / Metal | Seco | 1,0 | – |
BR com carga / Lixa grão 180 | Seco | 0,653 | – |
BR com carga / Lixa grão 60 | Seco | 0,753 | – |
BR sem cargas/ Lixa grão 180 | Seco | 0,826 | – |
BR sem cargas/ Lixa grão 60 | Seco | 0,904 | – |
FKM, 55 Shore A / Aço | Seco | 1,19 | – |
FKM 70 Shore A / Aço | Seco | 0,76 – 0,92 | – |
FKM 90 Shore A / Aço | Seco | 0,75 | – |
NBR 60 ± 5 Shore A / Aço | Seco | 0,5 | – |
Neolite / Cimento (1) | Seco | 0,64–1,00 | – |
NR com carga / Lixa grão 180 | Seco | 1,014 | – |
NR com carga / Lixa grão 60 | Seco | 1,210 | – |
NR sem cargas/ Lixa grão 180 | Seco | 1,100 | – |
NR sem cargas/ Lixa grão 60 | Seco | 1,143 | – |
Pneu / Asfalto | Seco | – | 0,72 |
Pneu / Relvado | Seco | – | 0,35 |
Poliuretano 30 Shore D / Aço | Seco | 2,2 | – |
Poliuretano 40 Shore D / Aço | Seco | 1,9 | – |
Poliuretano 50 Shore D / Aço | Seco | 1,6 | – |
Poliuretano 60 Shore D / Aço | Seco | 1,1 | – |
Poliuretano 70 Shore D / Aço | Seco | 0,65 | – |
Poliuretano Termoplástico (sólido – 40 – 85 Shore A) / mosaico cerâmico | Seco | 0,40 – 1,00 | – |
Poliuretano Termoplástico (sólido – 40 – 85 Shore A) / mosaico cerâmico | Molhado | 0,25 – 0,50 | – |
Poliuretano Termoplástico 65 Shore A / mosaico cerâmico | Seco | 0,80 | – |
Poliuretano Termoplástico 65 Shore A / mosaico cerâmico | Molhado | 0,52 | – |
Poliuretano Termoplástico Celular / Mosaico cerâmico | Seco | 0,40 – 0,85 | – |
Poliuretano Termoplástico Celular / Mosaico cerâmico | Molhado | 0,40 – 0,60 | – |
Poliuretano Termoplástico Celular / Mosaico cerâmico | Seco | 0,70 | – |
Poliuretano Termoplástico Celular / Mosaico cerâmico | Molhado | 0,52 | – |
SBR com carga / Lixa grão 180 | Seco | 1,156 | – |
SBR com carga/ Lixa grão 60 | Seco | 1,310 | – |
SBR sem cargas/ Lixa grão 180 | Seco | 1,000 | – |
SBR sem cargas/ Lixa grão 60 | Seco | 1,152 | – |
Sólidos / Borracha | Seco | 1,0 – 4,4 | – |
TR 50 Shore A / mosaico cerâmico | Seco | 1,00 | – |
TR 50 Shore A / mosaico cerâmico | Molhado | 0,63 | – |
TR 60 Shore A / mosaico cerâmico | Seco | 0,88 | – |
TR 60 Shore A / mosaico cerâmico | Molhado | 0,56 | – |
Em muitas aplicações da borracha, o atrito deve ser minimizado, pois traduz-se, normalmente, em desgaste, encurtando o tempo de vida dos artefactos. Nalguns tipos de artefactos de borracha (por exemplo, alguns componentes para a indústria automóvel) são estabelecidos requisitos de baixo atrito, que exigem a inclusão, nas composições de borracha, dos chamados “agentes de deslizamento” (slip agents).
Por outro lado, em muitas aplicações da borracha é desejável um determinado nível de atrito, já que isso significará uma melhoria do desempenho do artefacto. É o caso, por exemplo, do calçado de segurança, de calçado para algumas actividades desportivas, de correias transportadoras e dos pneus de automóvel, nomeadamente dos pneus de competição.
Para o mesmo tipo de material e nas mesmas condições de desempenho, quanto mais baixa for a dureza do composto de borracha, mais alto é o coeficiente de fricção.
Esta regra pode ser observada para alguns dos materiais mostrados na Tabela 28 Este comportamento é mostrado, de forma esquemática, na Figura 62. Em contacto com uma superfície rígida, uma borracha de baixa dureza “adapta-se” quase completamente às rugosidades. Deste comportamento resulta, obviamente, uma maior dificuldade no movimento relativo das superfícies em contacto, ou seja, existe um maior atrito.
O comportamento de uma borracha dura em contacto com uma superfície rígida é mostrado, de forma esquemática, na Figura 63. Neste caso, a superfície da borracha de maior dureza “acomoda-se” nos picos das rugosidades, ficando como que “suportada” pelas almofadas do ar que as preenche e a borracha, pela sua menor adaptabilidade, não consegue expulsar. Deste comportamento resulta, obviamente, uma menor dificuldade no movimento relativo das superfícies em contacto, ou seja, existe um menor atrito.
Normas aplicáveis para a determinação dos coeficientes de atrito(Veja-se Anexo A):