実験について

質問

最近、物理の実験をしたのですが、いくつか疑問に思ったので、皆さんに質問します。明日テストなのでできるだけ今日中に回答をお願いします。
(1)静止摩擦力が動摩擦力より多きいのはイメージで分かりますが、これを言葉で説明すると(理論的に)どうなるのでしょうか?高校生がわかる程度で答えてくださ
い。
(2)大きい雨粒と小さい雨粒が落ちた場合大きい雨粒の方が早く落ちるらしいですが、ここを運動の法則を交えて説明してください。表面積や体積も絡んでくるの
でしょうか?
(3)たとえば振り子(糸に小球をつける)を糸が地面と水平になるまであげ、静かに放して糸が地面と垂直になるときに糸を切ったら小球は切った位置から少し上がって落ちるのでしょうか?それともそのまま下に落ちるのでしょうか??

回答お願いします。

回答No.2

boobee0125 · ベストアンサー

●(1)静止摩擦力が動摩擦力より大きい理由

微視的に見れば凸凹の接触面は静止状態ではお互いに深く絡み合って接触面積が大きいが、その接触面が動き始めると表面だけで接触することになり接触面積が小さくなるから。

●(2)大きい雨粒が小さい雨粒より速く落ちる理由

雨粒の形状が大きさによらないとするとき、雨粒の重力 Fg は（体積、あるいは質量に比例するので）スケール係数（たとえば雨粒の長さ、あるいは水平断面の最大半径など）r の３乗に比例し、一方空気の摩擦力は球の表面積 Sm に比例するため r の２乗に比例する。そのためスケール係数 r が大きい方が速く落ちる。

[補足説明]
摩擦力 Fm を落下速度 v の関数として

Fm = Sm*f(v) --------------- (1)

と表すとき、落下速度 v は方程式

Fg = Fm = Sm*f(v) ---------- (2)　

で定まる。これを変形すれば

f(v) = Fg/Sm ∝ r ----------- (3)

となるので、f(v)が単調増加関数であれば r が大きいほど v が大きくなる。

●3)振り子の糸が地面と垂直になるときに糸を切ったあとの運動

初速度は水平方向なので小球は水平に飛び出し、その後放物線を描いて落下する。

回答No.1

noname#210617

高校生なら自分で考えなさい