摩擦力

質問

摩擦のある水平面上を重さ20キログラムの物体が3m/sで滑っていて、5秒間に10m滑って停止した。動摩擦係数を0.50、重力加速度を9.8とするとき次の問いに答えよ。(1)動摩擦力を求めよ (2)水平方向の力を求めよ(3)仕事率を求めよ。
数字は適当です。

回答No.1

rnakamra

解説する前に3点ほど。

1.質問の方法がなっていない。
命令形で質問する人がいますか。あなたは何様ですか。
問題文をそのまま質問に書く場合はあらかじめ、"下記の問題が出たのですがわかりません。教えてください"くらいのことは書くように。
このような問題を聞くところからして高校生くらいだとは思いますが、物理の質問をする前に常識を身につけるように。

2.重さと質量の違い。
物理学の質問である以上、"重さ"と"質量"は明確に区別するように心がけるとよいでしょう。
初めにある"重さ20キログラム"は"質量20kg"と書くべきです。これが物理の質問でないのであれば無視しますが、物理の領域ではこの二つの概念は全く違うものだと理解してください。

3.数字は適当、はやめよう。
この問題、正しい答えというものはありません。
なぜなら数字がでたらめすぎて矛盾が発生するため、別の手順で解くと異なる解が得られます。適当な数字なら書かないほうがまし。できれば問題文の数字をそのまま書くようにしよう。

解き方について説明します。
(1)
これは、物体にかかる垂直抗力を求め、その値に動摩擦係数をかけると答えが得られます。
物体にかかる力を全て書き出し、力のつりあいの関係から垂直抗力がわかります。

(2)
等加速度運動と考えると、たとえ問題にあるもの以外に力が働いていると仮定しても解き方で答えが変わります。
水平方向の力を解くには
(a)物体の加速度を計算し、その値に物体の質量をかける。
(b)物体の運動エネルギーを計算し、その値を静止するまでの移動距離で割る。
(a),(b)のそれぞれの方法で計算した値は明らかに異なります。この矛盾は解消できない。

(3)
普通に計算するなら、元ものの物体の持っていた運度エネルギー分仕事をしたのだから、その値を時間で割ればよい。この方法で得られる値はこの時間内での仕事率の平均値。
瞬間の仕事率を求めるには、力の大きさにその時点での速度をかければよい。
等加速度運動なら力の大きさは一定だが、速度は常に変化するため、仕事率も次官に伴い変化します。
最初の方法で計算した値と後の方法で計算した値の時間平均は力の取り方で変わってしまいます。数字がでたらめなのでこの矛盾の解消はできない。