▷ 마찰계수(또는 마찰계수)

이 기사에서는 물리학에서 마찰계수(또는 마찰계수)가 무엇인지 설명합니다. 따라서 마찰 계수를 계산하는 방법, 마찰 계수의 유형 및 단계별로 해결되는 연습 문제를 알아봅니다.

마찰계수는 무엇입니까?

마찰계수 라고도 하는 마찰 계수는 한 물체가 다른 물체 위로 이동할 때 두 물체의 표면 사이의 마찰을 나타내는 계수입니다.

따라서 마찰 계수는 한 몸체가 다른 몸체 위로 움직이기 어렵게 만드는 힘인 마찰력(또는 마찰력)을 계산하는 데 사용됩니다. 따라서 마찰계수가 높을수록 마찰력도 커집니다.

마찰계수는 무차원 계수, 즉 단위가 없습니다. 마찬가지로 그리스 문자 μ는 마찰계수를 나타내는 기호로 자주 사용됩니다.

마찰계수 공식

마찰 계수는 마찰력(또는 마찰력)과 수직력 사이의 비율과 같습니다. 따라서 마찰계수는 마찰력을 수직력으로 나누어 계산됩니다.

즉, 마찰계수의 공식은 다음과 같습니다.

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

금:

$\mu$

단위가 없는 마찰계수이다.
$F_R$

마찰력은 뉴턴으로 표시됩니다.
$N$

뉴턴으로 표현되는 수직력이다.

마찰계수는 단위가 같은 두 양을 나누어 계산하기 때문에 단위가 없는 계수라는 점을 명심하세요.

정적 및 동적 마찰계수

마찰력의 값은 신체가 정지 상태인지 움직이는지에 따라 달라집니다. 예를 들어, 매우 무거운 몸체를 드래그하려고 했을 때 처음에는 이동하기가 어려웠지만 일단 몸체를 조금만 움직여 보면 개체를 계속 드래그하기가 더 쉽습니다.

실제로 일반적으로 신체가 정지해 있을 때의 마찰력은 신체가 움직일 때보다 더 큽니다. 따라서 마찰력에는 두 가지 유형이 있습니다.

정지마찰력 : 물체가 아직 움직이지 않을 때 작용하는 마찰력이다.
동적(또는 운동) 마찰력 : 신체가 이미 움직임을 시작했을 때 작용하는 마찰력입니다.

따라서 마찰계수에는 두 가지 유형이 있습니다.

정지 마찰 계수(μ _E ) : 정지 마찰력을 계산하는 데 사용됩니다. 이는 움직임이 아직 시작되지 않았을 때, 즉 아직 정지해 있을 때 두 몸체의 표면 사이의 마찰을 나타냅니다.
동적 마찰 계수(μ _D ) : 동적 마찰력을 계산하는 데 사용됩니다. 이는 한 몸체가 이미 다른 몸체 위로 미끄러지고 있을 때 두 몸체의 표면 사이의 마찰을 나타냅니다.

또한 마찰력의 값은 다음 그래프와 같이 다양합니다.

정지 마찰력은 물체를 움직이려고 하는 힘과 동일하지만 방향은 반대입니다. 최대값은 정지마찰계수와 수직항력 사이의 곱입니다. 적용된 힘이 이 값을 초과하면 몸체가 움직이기 시작합니다.

따라서 몸체가 이미 움직이고 있는 경우 동적 마찰력은 적용된 힘의 값에 관계없이 동적 마찰 계수와 수직 힘의 곱과 동일한 일정한 값을 갖습니다. 또한 이 값은 정지 마찰력의 최대값보다 약간 낮습니다.

결론적으로 정지마찰계수는 동적마찰계수보다 크다. 따라서 움직임이 이미 시작된 후에 몸을 움직이는 것보다 몸을 움직이기 시작하는 것이 더 어렵습니다.

마찰계수 값

다음 표에서는 정적 마찰 계수와 동적 마찰 계수의 몇 가지 일반적인 값을 볼 수 있습니다.

접촉면	정지마찰계수(μ _e )	동적마찰계수( _μd )
강철에 구리	0.53	0.36
강철 위의 강철	0.74	0.57
강철에 알루미늄	0.61	0.47
시멘트에 고무	1	0.8
나무 위에 나무	0.25-0.5	0.2
가죽에 나무	0.5	0.4
테프론 위에 테프론	0.04	0.04

이러한 값은 표면 거칠기, 온도, 표면 간 상대 속도 등과 같은 여러 요인에 따라 달라질 수 있다는 점을 명심하세요.

마찰계수 문제 해결

연습 1

우리는 질량이 m=12kg인 블록을 평평한 표면에서 이동하려고 하며 35N의 힘이 가해지는 순간 움직이기 시작합니다. 지면과 블록 사이의 정지마찰계수는 얼마입니까? 데이터: g=10m/s ² .

솔루션 보기

먼저 블록에 작용하는 모든 힘을 그래프로 표시합니다.

평형 한계 상황에서 다음 두 방정식이 검증됩니다.

$N=P$

$F_R=F$

따라서 마찰력은 몸체에 가해지는 수평력과 동일합니다.

$F_R=F=35 \ N$

반면에 중량력 공식을 사용하여 수직력의 값을 계산할 수 있습니다.

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

마지막으로 마찰력과 수직력의 값을 알고 나면 정지 마찰 계수에 대한 공식을 적용하여 그 값을 결정합니다.

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

연습 2

우리는 45° 기울어진 평면의 꼭대기에 질량이 m=6kg인 물체를 놓습니다. 물체가 4 m/s ² 의 가속도로 경사면에서 미끄러지면 경사면 표면과 물체 표면 사이의 동적 마찰 계수는 얼마입니까? 데이터: g=10m/s ² .

솔루션 보기

역학에 관한 물리학 문제를 해결하기 위해 가장 먼저 해야 할 일은 자유물체도를 그리는 것입니다. 따라서 시스템에 작용하는 모든 힘은 다음과 같습니다.

축 1(경사면에 평행) 방향에서는 물체가 가속도를 가지지만 축 2(경사면에 수직) 방향에서는 물체가 정지 상태입니다. 이 정보로부터 우리는 시스템 힘의 방정식을 제안합니다.

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

따라서 두 번째 방정식을 통해 수직항력을 계산할 수 있습니다.

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

한편, 제시된 첫 번째 방정식으로부터 마찰력(또는 마찰력)의 값을 계산합니다.

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

수직력과 마찰력의 값을 알면 해당 공식을 사용하여 동적 마찰 계수를 결정할 수 있습니다.

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