▷ 摩擦係数（または摩擦係数）

この記事では、物理学における摩擦係数（または摩擦係数）とは何かについて説明します。したがって、摩擦係数の計算方法、摩擦係数の種類、さらには段階的に解決される演習がわかります。

摩擦係数とは何ですか?

摩擦係数は、摩擦係数とも呼ばれ、2 つの物体がもう一方の上を移動しようとするときの 2 つの物体の表面間の摩擦を示す係数です。

したがって、摩擦係数は、ある物体が別の物体の上を移動することを困難にする力である摩擦力 (または摩擦力) を計算するために使用されます。したがって、摩擦係数が大きいほど、摩擦力は大きくなります。

摩擦係数は無次元係数、つまり単位がありません。同様に、ギリシャ文字のμは摩擦係数を表す記号としてよく使用されます。

摩擦係数の計算式

摩擦係数は、摩擦力（または摩擦力）と垂直抗力との比に等しくなります。したがって、摩擦係数は、摩擦力を垂直抗力で割ることによって計算されます。

つまり、摩擦係数の式は次のようになります。

$\mu=\cfrac{F_R}{N}$

金：

$\mu$

は摩擦係数であり、単位はありません。
$F_R$

は摩擦力で、ニュートンで表されます。
$N$

は垂直抗力であり、ニュートンで表されます。

摩擦係数は、同じ単位を持つ 2 つの量を除算して計算されるため、単位のない係数であることに注意してください。

静摩擦係数と動摩擦係数

摩擦力の値は、物体が静止しているか動いているかによって異なります。たとえば、非常に重いボディをドラッグしようとしたと思いますが、最初は動かすのが難しかったと思いますが、ボディを少し動かすことができれば、オブジェクトをドラッグし続けるのは簡単です。

実際、一般に、物体が静止しているときの摩擦力は、物体が動いているときよりも大きくなります。したがって、摩擦力には次の 2 種類があります。

静摩擦力：物体がまだ動いていないときに働く摩擦力です。
動的（または動）摩擦力：これは、物体がすでに動き始めているときに作用する摩擦力です。

したがって、摩擦係数にも 2 つのタイプがあります。

静摩擦係数 (μ _E ) : 静摩擦力の計算に使用されます。これは、動きがまだ始まっていないとき、つまり静止しているときの 2 つの物体の表面間の摩擦を示します。
動摩擦係数 (μ _D ) : 動摩擦力の計算に使用されます。これは、一方がもう一方の上をすでに滑っているときの 2 つの物体の表面間の摩擦を示します。

また、摩擦力の値は次のグラフのように変化します。

静止摩擦力は物体を動かそうとする力と同じですが、方向は逆です。その最大値は、静摩擦係数と垂直抗力との積です。加えられた力がこの値を超えると、ボディが動き始めます。

したがって、物体がすでに動いているとき、動摩擦力は、加えられる力の値に関係なく、動摩擦係数と法線抗力との積に等しい一定の値を持ちます。なお、この値は静止摩擦力の最大値よりも若干低い値となります。

結論として、静摩擦係数は動摩擦係数よりも大きくなります。したがって、体を動かし始めることは、すでに動きが始まっているときにそれを動かすことよりも困難です。

摩擦係数の値

次の表に、静摩擦係数と動摩擦係数の一般的な値をいくつか示します。

接触面	静摩擦係数 (μ _e )	動摩擦係数 ( _μd )
鋼鉄上の銅	0.53	0.36
スチール・オン・スチール	0.74	0.57
スチール上のアルミニウム	0.61	0.47
セメント上のゴム	1	0.8
木の上に木	0.25～0.5	0.2
革に木	0.5	0.4
テフロンオンテフロン	0.04	0.04

これらの値は、表面の粗さ、温度、表面間の相対速度などの多くの要因に依存するため、異なる場合があることに注意してください。

摩擦係数の問題を解決

演習 1

質量 m=12 kg のブロックを平面上で移動させようとすると、35 N の力が加わったときにブロックは動き始めます。地面とブロックの間の静摩擦係数はいくらですか?データ: g=10 m/s ² 。

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まず、ブロックに作用するすべての力をグラフにします。

平衡限界の状況では、次の 2 つの方程式が検証されます。

$N=P$

$F_R=F$

したがって、摩擦力は物体に加えられる水平方向の力と等価になります。

$F_R=F=35 \ N$

一方、垂直抗力の値は、重量力の公式を使用して計算できます。

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

最後に、摩擦力と垂直抗力の値がわかったら、静摩擦係数の公式を適用してその値を決定します。

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

演習 2

質量 m=6 kg の物体を 45 度傾斜した平面の上部に置きます。物体が加速度 4 m/s ²で斜面上を滑る場合、斜面の表面と物体の表面との間の動摩擦係数はいくらですか?データ: g=10 m/s ² 。

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力学に関する物理学の問題を解決するために最初に行う必要があるのは、自由体図を描くことです。したがって、システムに作用するすべての力は次のとおりです。

軸 1 (傾斜面に平行) の方向では物体は加速度を持ちますが、軸 2 (傾斜面に垂直) の方向では物体は静止しています。この情報から、システムの力の方程式を提案します。

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

したがって、2 番目の方程式から垂直抗力を計算できます。

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

一方、提示された最初の方程式から摩擦力 (または摩擦力) の値を計算します。

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

垂直抗力と摩擦力の値がわかれば、対応する式を使用して動摩擦係数を求めることができます。

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$