高校物理 力学
長さLの不透明な細いパイプの中に質量mの小球1と質量2mの小球2が埋め込まれている。パイプは直線状で曲がらず、その口径、及び小球以外の部分の質量は無視できるほど小さい。また、小球は質点とみなしてよいとし、重力加速度の大きさをgとする。
これらの小球の位置を調べるために以下の実験を行った。
下図に示すようにパイプの両端A, Bを支点a, bで水平に支え、両方の支点を近づけるような力をかけていったところ、まず、bがCの位置まで滑って止まり、その直後に今度はaが滑り出してDの位置で止まった。パイプと支点の間の静止摩擦係数、及び動摩擦係数をそれぞれ μ, μ' (ただし μ>μ') と記すことにして、以下の問いに答えよ。
(1)
bがCで止まる直前に支点a, bにかかっているパイプに垂直な方向の力をそれぞれNa, Nbとする。この時のパイプに沿った方向の力の釣り合いを表す式をかけ。
(2)
ACの長さを測定したところd1であった。パイプの重心が左端Aからはかってlの位置にあるとするとき、重心のまわりの力のモーメントの釣り合いを考えることにより、d1を l, μ, μ' を用いて表せ。
(3)
CDの長さを測定したところd2であった。摩擦係数の比 μ'/μ を d1, d2で表せ。
(3)について質問です 。
解答には
このとき、支点aがパイプに及ぼす摩擦力は μ'Na, 支点bがパイプに及ぼす摩擦力は μNbだから
μ'Na=μNb
と書いてありました。
この式が意味するのは、「Aはすべっている状態であり、Bは滑り出す直前である。」ということですよね？
(1)で μNa=μ'Nb となるのは、Bがすべっていて、止まった瞬間にCがすべりだしたことからイメージできますが、(3)ではAが止まった瞬間にBが動き出したという記述がないのでμ'Na=μNb となるとはいえないと思います。
