摩擦力の測定について

質問

物体を滑らせて摩擦力の測定を行う実験について。その内容は、物体・バネ・“力を測定できる機器”の順に設置して一定速度で滑らせ、力を測定できる機器の値を摩擦力として測定するものです。そこで、基本的な疑問があります。

１． 測定したデータは本当に摩擦力？
　機器にかかる力は　ｋｘ－μＮ（バネによる力　－　摩擦力）と思うのですが・・・

２． ばねを使う理由は？
　ばねを使わなければ、機器に掛かる力は摩擦力そのものだと思うのですが・・・

ホントに基本的な質問で申し訳ありません。どうぞお手柔らかにお願いします。

回答No.1

htms42 · ベストアンサー

力を測定する機械というのがどういうものかが分かりませんので推測で書きます。

摩擦力には２つの種類があります。
この実験でやろうとしているのは運動摩擦力の方ですね。
「一定の速度で滑らせる」としていますが実現はかなり難しそうですね。この条件が実現しているとします。
等速度運動→加速度＝０→力は釣り合っている→バネにかかっている力＝運動摩擦力＝機械にかかる力
になります。バネは特に必要ありません。バネは伸びで視覚的に力の大きさが分かるようになっているものです。速度一定というのは伸びが一定というのとは別の判定基準ですからバネは無駄になります。
機械の方に巻き取り装置のようなものがついていて力の大きさが目盛りで表示されるのであればバネは必要ありません。
でも等速度が実現しているというのはどこで確認されるのでしょうか。これは疑問です。
もうひとつ疑問があります。
机の上に物体を置いて機械で引いたとします。静止最大摩擦以上の力を加えないと動きません。一旦動いた後は運動摩擦力に変わります。運動摩擦力は静止摩擦力よりも小さいですから動いたときの力を加え続けていると加速度が生じます。力を運動摩擦力の大きさになるまで減らさないと等速度運動は実現しないのです。こういう調整は実際上無理だと思います。

静止摩擦力の場合は釣り合いが破れる瞬間の力を測定すればいいのでまだやりやすいです。運動摩擦力の測定は運動の中でしか出来ませんから難しいです。特に力のかけ方です。

一定の力のかかった運動を実現するのは重力を使うほうやさしいです。斜面で物体を滑らせて最下端での速度、または最下端までの時間を測定します。摩擦がないとしたときの値との差が摩擦力の影響を表していますから運動摩擦力の大きさが求められます。
（斜面でなくても構いません。どういう運動をするかが分かっていればいいのです。水平な机の上にある物体に別の物体を紐でつけ、滑車を使って落下運動をさせてもいいです。）

力学の問題では摩擦はないものとするという条件がついているものが多いです。「実際は摩擦があるのに摩擦はないとしている」と疑問を感じる人も多いです。授業では「摩擦力の大きさが知りたければ摩擦のないときの運動が分かっていないといけない、摩擦がないとしたときからどれくらいずれるかで摩擦力が分かるのだ」と言ってきました。

お礼

回答ありがとうございます
返信遅れてすいません

＞力を運動摩擦力の大きさになるまで減らさないと等速度運動は実現しないのです。

このために、ばねを使用しているのだと思います。
力を減らす　＝　バネが縮む　では？

これで疑問解決しました。どうもです。