物理入門：「動摩擦力」をシミュレーターを用いて理解しよう！

「動摩擦力」の概念を理解しよう！

前回記事では、静止摩擦力について解説しました。これは物体が静止しているときに、発生する抵抗力です。これによって、物体は簡単には動かないようになっているんです。

最大静止摩擦力は平坦な場所だと↓の式で計算できました。

μは静止摩擦係数とよばれ、物質によって異なります。これが大きいほど動きにくい物体なんです。

そして、今回は「動摩擦力」について説明します。これは動いている時にだけかかる摩擦力です。静止摩擦力と似ていますが、全く違う性質を持っています。

「動摩擦力」とは、動いている物体にかかる摩擦力！

静止摩擦力は止まっている時にかかりますが、動摩擦力は動いている時にかかる摩擦力です。この2つは同時にかかることはなく、排反です。

動摩擦力は、静止摩擦力と同じような形で物体にかかります。動摩擦力の定義は↓です

ほぼ静止摩擦力と一緒です。ただ、係数が μ’であり、少し違います。 μ’を動摩擦力係数といい、静止摩擦力係数とは違った値になります。

静止摩擦力と動摩擦力の違い

ここで似ている静止摩擦力との違いについて説明しておきます。

静止摩擦力は物体に力がかかる場合にのみ発生するが、動摩擦力は常に一定にかかる

これは重要なことですね。動摩擦係数が発生する条件は「物体が動いていること」です。力が0でも、速度が低速でもです。この時に、 μ’mgの力がかかります。

それに対して、静止摩擦力は物体に力がかかっている時にしか発生しません。発生する条件が全く違うんですね！
　

静止摩擦力は最大値を、動摩擦力は実際にかかる力を表している

静止摩擦力と動摩擦力はかなり似た式になっています。

ただ、違うのは静止摩擦力が「最大」の摩擦力を表現しているということ。その最大になるまで、静止摩擦力はあくまで「かかっている力と同じ」になります。

つまり、静止摩擦力は物体にかかる力によって変動しますが、動摩擦力は常に一定の力がかかるのです。
　

動摩擦力は動いている方向とは反対に、静止摩擦力はかかる力と反対にかかる

2つの摩擦力は、どちらの向きにかかるかの決まり方が違います。動摩擦力は動いている方向と逆側に力がかかります。速度によって、どっちにかかるか決まるわけです。それに対して、静止摩擦力はかかっている力と反対方向にかかります。力によって、方向がきまるんですね。
　

動摩擦係数のほうが静止摩擦係数より小さい(一般的に)

これは一般論です。基本的に動摩擦係数μ’は静止摩擦力係数μよりも小さいと言われてます。

ですので、最大にかかる力は静止摩擦力のほうが大きいです。「動かすのは大変だけど、動かした後は少し弱い力がかかる」というイメージがあっていると思います！

シミュレーターで「動摩擦力」の意味を理解しよう！

それでは上記の「動摩擦力」を、シミュレーターを使って理解してみましょう！

色々力を変えて、物体の動きを確かめましょう。
また、力Fを0にしたとき、動摩擦力によって時間が経つと物体が止まってしまうことも確認してみて下さい。

「動摩擦力」の要点

上のシミュレーターで理解しておくべき重大なポイントがあります。

要点1：動摩擦力は動いている間、常にかかる

これは上記の解説の通りですね。動摩擦力はかかっている力の大きさや向きに関係なくかかります。

ですので、↓のようにかかっている力Fより、動摩擦係数のほうが大きいなんてことも当然でてくるんです。

要点2：動摩擦力があると、物体は少しずつ遅くなり、いつかは止まる。等速運動にならない

これは重要なことです。今まで、この世界は力がかからない限り、物体は同じ速度で動き続けるという慣性の法則が働いているとい話をしました。

しかし、摩擦力があるとこれが変わってきます。動摩擦力は動いている物体と反対方向に常にかかります。

ですので、動いている物体は力がかかっていなくても、どんどん遅くなり、最終的に速度＝0となります。物理の基礎で習った世界とだいぶ異なりますが、、、これは摩擦力があるからなんですね！

　

　

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