高校・運動方程式の問題です。
次の問題がよくわかりません。まず問題と自分なりの解答をごらんください。
(問題)
粗い床の上に質量5kgの平行平面板Aが置いてあり、
その上に質量3kgの物体Bが置いてある。板Aに水平な力Fを加え、
この力の大きさを大きくしていくと、F=F1でAとBは一体となって
面上を滑り始めた。さらにFを大きくしていくと、F=F2でBは板Aに対して滑り始めた。
水平面とAとの間の静止摩擦係数は0.2,動摩擦係数は0.1,
AとBとの間の静止摩擦係数は0.5,動摩擦係数は0.3,重力加速度は9.8[m/s^2]
として、次の問いの答えよ。
(1)AとBが一体になって滑り始めるときの力の大きさF1はいくらか?
(解答)
滑り始める瞬間、Aと床の間の摩擦力は限界に達しているので、μN(0.2)×(8×g)=15.68である。
このとき、
加速度をa,BがAに及ぼす静止摩擦力をfとして、
Aの水平方向の運動方程式は、
5a=F-f-15.68・・・・(X)
Bの水平方向の運動方程式は、
3a=f・・・(Y)
ここで、AもBも動いていないので
a=0.
よって(Y)式より、f=0.
よって(X)式は、
0=F-15.68となる。
よって、F=15.68
ここで、Aが動こうとしているとき、Aと"床"の間には静止摩擦力が働くのになぜAと"B"の間に働く摩擦力は0になってしまうのでしょうか?
Aが動こうとしているのだからどっちにも静止摩擦力が働いてもよさそうな気はします。式的には確かにそうなるのですが感覚的に納得できないです。
どなたか
1.まずこの解法はあっているのか?
2.なぜ床とAの間には働く摩擦力が働きAとBの間の摩擦力は働かないのか
を教えていただけるとありがたいです。
お礼
>摩擦力以外の力の総和が"0"であれば2番目の式は正しいでしょう。 分かりました。 >1番目の式は普通は間違いです。なぜなら静止摩擦力とはその名の通り静 している物体に働く摩擦力の最大値であるためです。静止している物体に摩擦力が発生するのは、その物体に別の力が働きかけておりその力による動きを止めるために働くのです。 そのためその力をFとすると F=μN とするのが正しい。(上記の式は大きさだけの式です。) 分かりました。 >ただし、ものが滑らずに回転する場合は静止摩擦力をfとしたときにf=maが成り立ちます。この場合でも最大静止摩擦力が働くことはほとんどありません。(f<μN) 分かりました。 おかげさまで運動方程式の理解が深まりました。 ご回答ありがとうございました。