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摩擦力を意識する

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摩擦力を意識する

摩擦力とは

摩擦力とは、物体の接触面が運動を妨げようとする力のこと。

摩擦力はなぜ発生するのか?

物体と面の間に摩擦力が起きるとき、物体と面は接触しています。

この物体を構成しているのは何万個もの原子であり、また面も原子で構成されています。

これらの物体の原子面の原子同士がお互いにクーロン力によって引っ張り合います。
これが動摩擦力と静止摩擦力を引き起こす原因となります。

また、静止している物体が動き出すのは、このクーロン力が切れてしまうからです。


静止摩擦力f とは

静止摩擦力とは、静止している物体にはたらく摩擦力のこと。

つまり、静止している物体を動かそうとする際に働く摩擦力のこと。

f ≦ fmax = μ・N

μ:静止摩擦係数
N:垂直抗力

物体の接触面と平行に力F を加えても物体が静止しているとき、
加えた力と逆向きに大きさf の「静止摩擦力」が発生し、
力がつりあいます。

F = f

最大静止摩擦力fmaxとは

最大静止摩擦力(最大摩擦力)とは、物体が面に対して動き出す直前の静止摩擦力の最大値のこと。

物体の質量が大きい場合、その物体を動かすにはより大きな力を必要とし、ある限界値以上の力でないと物体は動きません。

この物体が静止している限界でかかっている力、つまり物体が動き出す直前にかかっている力を最大静止摩擦力(最大摩擦力)といいます。

最大静止摩擦力の大きさfmaxは、
垂直抗力の大きさN に比例し、
その比例定数μ を静止摩擦係数と呼びます。

max = μ・N

動摩擦力とは

動摩擦力f′とは、運動している物体にはたらく摩擦力のこと。

つまり、質量をもった物体が動いているとき、その物体の進行方向逆向きに働く力のこと。

動摩擦力は面に対する運動を妨げる向きにはたらき、
その大きさf′は面に対する速度の大きさによらず一定で垂直抗力の大きさNに比例し、
下式で表されます。

f′ = μ′・ N

μ′:動摩擦係数
N:垂直抗力

一般に動摩擦係数μ′は静止摩擦係数μよりも小さく、以下の関係が成立します。

μ′ < μ

動摩擦力がする仕事

動摩擦力は非保存力であり、運動の向きと逆向きに働きます。

なので、動摩擦力のする仕事Wは負になり、動摩擦力が物体に仕事をすると力学的エネルギーが減少します。

Wf = (変化後の力学的エネルギー) - (変化前の力学的エネルギー) < 0