静止摩擦力と動摩擦力

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摩擦力は2種類ある

摩擦力とは、物体同士が接触しているとき、動こうとしている物体や動いている物体に対して、その運動を妨げるように働く力をいいます。

静止している物体に対して働く摩擦力を静止摩擦力といい、動いている物体に働く摩擦力を動摩擦力といいます。

 

静止摩擦力は変化する

粗い床の上に箱を置き、軽く力を加えてみます。

物体に弱い力を加えた図

しかし、この箱は動き出しませんでした。

運動方程式\(ma=F\)によれば、軽い力\(F\)により加速度が生まれ動き始めるはずです。

 

それにもかかわらず動き始めないということは、軽い力\(F\)を打ち消すような力が働いていることになります。この力を静止摩擦力といいます。

静止摩擦力が加わっている図

 

静止摩擦力は、動かそうとする力を打ち消すように働くため大きさが同じで向きが逆向きになります。

よって、加える力を変化させれば、その変化に伴って静止摩擦力の大きさは変わります。

静止摩擦力の大きさ

 

しかし、ある程度大きな力を与えると箱は動き出してしまいます。

これは、静止摩擦力に限界があるからです。この力を最大静止摩擦力といいます。

 

最大静止摩擦力の求め方

最大静止摩擦力\(f\)は、静止摩擦力係数\(\mu\)と物体の垂直抗力\(N\)を用いて

\begin{align} f=\mu N \end{align}

と表されます。
この公式で求められる摩擦力はあくまで最大静止摩擦力であるため、静止摩擦力を求めるときに使えません。
静止摩擦力を求めたい場合は、力のつりあいを考えましょう。

 

  • 静止している物体に働く摩擦力を静止摩擦力という。
  • 静止摩擦力は加えている力の変化に伴って大きさが変わり、向きが逆。
  • 静止させられる限界の静止摩擦力を最大静止摩擦力という。

 

動摩擦力は常に一定

動いている物体に対して、その運動を妨げようと働く摩擦力を動摩擦力といいます。
動摩擦力は速さに関係なく常に一定の値をとります。
動摩擦力が働く図

 

動摩擦力の求め方

動摩擦力\(f\)は動摩擦力係数\(\mu’\)と物体の垂直抗力\(N\)を用いて

\begin{align} f=\mu’N \end{align}

と表されます。
動摩擦力は常に一定であるため、この公式によって求めることが出来ます。

 

  • 動いている物体に対して働く摩擦力を動摩擦力という。
  • 動摩擦力は速さに関係なく一定である。

 

最大静止摩擦力\( \gt \)動摩擦力

動摩擦力は最大静止摩擦力より小さくなります。
つまり、動き出したら摩擦力が小さくなるということです。
予備知識として覚えておきましょう。