摩擦力について

コンテナを押すとき、コンテナの動きを妨げようとする摩擦力fは、コンテナを押す力Fに等しいという記述があるんだけど、じゃあコンテナ動かねえじゃんって言う。
力がつり合っているとき、静止しているコンテナは静止し続けるからね。
ここらへんは、実際の経験をもとに考えた方がいいパターンなんだけど。波止場でコンテナ押した経験ないけど。

仮にコンテナ押したとして、コンテナを押す力をどんどん強くしていくとある強さで動き出すわけで。ほいで、いったん動き出しちゃうと、そのあとはわりと惰性で動かせちゃうわけで。
つまり、摩擦力の問題は次の3つの過程に場合分けをする必要がある。

①力を加えてもコンテナが動かない段階
②動き出した瞬間
③コンテナが動き続けている段階


①は力を強めていってもコンテナは動かないため、コンテナを押す力とコンテナにかかる摩擦力は常につり合っていることになる。
つまり、押す力Fを上げても、同じだけ摩擦力fも上がっている状態ということになる。
このときの摩擦力を静止摩擦力fという。

②は静止摩擦力の最大値(限界値)で、これは物体にかかる垂直抗力N(=mg※ただし水平な面に置いてある場合)と物体の摩擦係数μによって決まっている定数である。このときの摩擦力は最大摩擦力μNという。
この値に達するまでコンテナはびくともしない。

③は静止しているときよりも動かしやすいため、動摩擦力という、静止摩擦力よりも小さい別の摩擦力が働いていると考える。この摩擦力も一定であるため、動摩擦係数μ’を用いてμ’Nとする。この値とコンテナを押す力Fがつり合っている場合、コンテナは等速で動き続ける。もちろんFの方が強ければコンテナの速度は加速、弱ければ減速する。

この三兄弟をまとめて中学校では「摩擦力」とまとめて教えているので混乱が生じるのだと思われます。

※コンテナが角度θの坂に置いてある場合
コンテナが静止しているので、静止摩擦力fはコンテナにはたらく重力を分解しててきた斜面方向に働く分力mgsinθと等しい。
最大摩擦力は、摩擦係数μと、斜面に垂直に働く力(=垂直抗力)mgcosθの積なので、μmgcosθとなる。坂道なので物体にはたらく重力mgをそのまま使えないのに注意。
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