ニュートン力学

摩擦力

摩擦は接触面の相対運動に逆らいます。動摩擦力はおよそ μN と表されます。

机上の本は自然には滑りません。押すと机が抵抗力を及ぼします。摩擦力は接触面に平行な力で、滑り出す傾向または相対的な滑りに逆らいます。

摩擦力を決めるもの

水平面上で鉛直方向の加速度がなければ $N=mg$ なので、動摩擦力は約 $\mu_kmg$ です。質量を増すと通常大きくなります。角度 $\theta$ の斜面では $N=mg\cos\theta$、動摩擦力は $\mu_kmg\cos\theta$ です。摩擦は歩行を助けますが、発熱や摩耗も生じます。

静止摩擦力は滑り始める前から働き、限界 $\mu_sN$ まで調整して水平方向の引く力とつり合います。$N=50 N$、$\mu_s=0.4$ の箱では最大 20 N なので、12 N で引いても滑りません。滑り始め、$\mu_k=0.3$ なら動摩擦力は約 15 N です。

有用な摩擦を増やすため、タイヤや靴底に溝を設けて地面をつかみます。摩擦を減らすには軸受に潤滑油を使います。静止摩擦は足が滑らず地面を押すのを助け、滑り摩擦は接触面を加熱します。式 $f=mu N$ は多くの乾燥面での近似です。

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