剛体のつりあい

質問

あのセミナー物理I+II（第一学習社）のP.38の静止摩擦力の大きさは最大摩擦力以下であるから、っという文章なんですが、なぜそのような式になるのか解りません。教えてください。

回答No.3

ht1914 · ベストアンサー

セミナー物理のｐ．３８と言われても何のことかわかりません。＃１，＃２の方の解答を見て推測で書きます。高校生を教えていたことがありますので思い当たるところがあります。

静止最大摩擦力＝静止摩擦係数×垂直抗力
という式が教科書に載っています。高校生はよく現象ではなく公式から入ります。式に入れて数値を求めることが物理だと思っています。

この式を
摩擦力＝摩擦係数×垂直抗力
と読んでしまうのです。だからいきなり数値を入れてしまいます。動きだすより前の段階でどういう事が起こっているかを考えないのです。

私もよく授業中しつこく言いました。机の上に木のブロックを置いてバネをつけて引っ張ります。バネは伸びていきますが動きません。力を大きくしていくとあるところで動きます。静止最大摩擦というのは動きだす時の事だ。それ以前でもバネが伸びているのだから摩擦力は働いているよと言います。加えた力と反対向きに加えた力と等しい摩擦力が働いている事がわかるだろうと言います。それでも試験の時はにも摩擦力は加えた力との釣合で考えるのではなく最大摩擦で答える生徒がかなりいます。

授業をやっていても説明の最後に「結局どの公式を使ったらいいの？」という質問がかならず返ってきます。式になる前の現象を見る姿勢がないのです。「うっとうしい物理なんかに時間をかけてられへん！」ということかもしれません。

これは推測です。

回答No.2

Alpinia120

ssk0723さんの回答のとおりなのですが、卑近な事例を思い起こせば理解しやすいと思います。

たとえば重たい荷物が床の上に置かれているとします。
これを引きずって移動させようとします。
最初はなかなか動かず、「ヨイショ！」と瞬発力をかけて踏ん張ると荷物は動き出します。
すると以外にもその後はそれほど力を加えなくても荷物はズルズルと床を滑って移動させることができます。

これは瞬発力をかけるまでは静止摩擦力が働き、動き出すと動摩擦力が働き、動摩力が静止摩擦力より小さいということです。

そして「今、将に動かんとす。」というときに静止摩擦係数の最大値、最大摩擦力がかかっているのです。
言い換えると用語の意味として「静止摩擦力の最大値を最大摩擦力という」となります。（最初からこう言ってしまうと身も蓋もありません。）

事例として回答しました。
要旨はssk0723さんの回答のとおりです。
参考になれば幸いです。

回答No.1

ssk0723

静止摩擦力=μ、最大摩擦力=μmaxとします。
するとμ≦μmaxとなります。これが分からないということですね。

これは力-摩擦力のグラフを見れば一目瞭然だと思います。私が学生の時はは教科書にそのグラフが書いてましたが。

このグラフは摩擦力のある物体に力をかけつづけた時の摩擦力の変化をあらわしてます。簡単に説明すると、摩擦力のある物体に力をかけつづけた場合、物体が動き出す瞬間がもっとも摩擦力が大きく（=μmax）、それまでは比例関係の直線で、それ以降はμmaxより低い一定の値を示すというものです。
これを見れば、物体が動き出す瞬間までの摩擦力、つまり静止摩擦力は最大摩擦力以下であるということになります。比例のグラフなんですから。

ただ当たり前のことを言っているだけだと思いますが。