なので、求める摩擦力の大きさは、 μN = μmg となるわけです。 では、次の例題を解いてみましょう! 仕上げに、理解度チェックテストにチャレンジです! 摩擦力理解度チェックテスト 【問1】 水平面の上に質量2. 0 kgの物体を置いた。 物体に水平に右向きの力 F を加える。 物体をすべらせるために必要な力 F の大きさは何Nより大きければよいか。 静止摩擦係数は0. 50、重力加速度 g は9. 8 m/s 2 とする。 解答・解説を見る 【解答】 9. 8 Nより大きい力 【解説】 物体がすべり出すためには、最大摩擦力 f 0 より大きい力を加えればよい。 なので、最大摩擦力 f 0 を求める。 物体に働く垂直抗力を N とすると、物体に働く力は下図のようになる。 垂直方向の力のつり合いから、 N =2. 0×9. 8である。 水平方向の力のつり合いから、 F = f 0 = μ N =0. 【高校物理】「物体にはたらく力のつりあいと分解」(練習編) | 映像授業のTry IT (トライイット). 50×2. 8=9. 8 よって、力 F が9. 8 Nより大きければ物体はすべり出す。 まとめ 今回は、摩擦力についてお話しました。 静止摩擦力は、 力を加えても静止している物体に働く摩擦力 力のつり合いから静止摩擦力の大きさが求められる 最大(静止)摩擦力 f 0 は、 物体が動き出す直前の摩擦力で静止摩擦力の最大値 f 0 = μ N ( μ :静止摩擦係数、 N :垂直抗力) 動摩擦力 f ′ は、 運動している物体に働く摩擦力 f ′ = μ ′ N ( μ ′:動摩擦係数、 N :垂直抗力) 最大摩擦力 f 0 と動摩擦力 f ′ の関係は、 f 0 > f ′ な ので μ > μ ′ 「静止摩擦力を求めよ」と問題文に書いてあっても、最大摩擦力 μ N の計算だ!と思い込んではいけませんよ! 静止摩擦力は「静止している」物体に働く摩擦力で、最大摩擦力は「動き出す直前」の物体に働く摩擦力です。 違いをしっかり理解しましょうね。
一緒に解いてみよう これでわかる! 物体にはたらく力の見つけ方-高校物理をあきらめる前に｜高校物理をあきらめる前に. 練習の解説授業 物体にはたらく力についての問題ですね。 物体にはたらく重力の大きさを求める問題です。重力は鉛直下向きにはたらきましたね。重力の大きさをWとすると、Wはどのようにして求められるでしょうか? 重力は物体の質量m[kg]に重力加速度gをかけると求められました。つまり、W=mg[N]です。m=5. 0[kg]、g=9. 8[m/s 2]を代入し、有効数字が2桁であることにも注意して解いていきましょう。 (1)の答え 物体が床から受ける垂直抗力を求める問題です。物体には、(1)で求めた重力Wの他に 接触力 がはたらいていますね。物体は糸と床に接しているので、糸が引っ張り上げる 張力T と床が物体を押し上げる 垂直抗力N の2つの接触力が存在します。 今、物体は静止しています。静止している、ということは 力がつりあっている ということでした。どんな力がはたらいているか、図にかいてみましょう。接触力は上向きに垂直抗力Nと張力T、下向きには重力Wがはたらいています。 この上向きの力と下向きの力の大きさが同じとき、力がつりあうんでしたね。重力は(1)よりW=49[N]、張力は問題文よりT=14[N]です。したがって、 力のつりあいの式T+N=W に代入すれば答えが出てきますね。 (2)の答え
最大摩擦力と静止摩擦係数 図6の物体に加える外力をどんどん強くしていきますよ。 物体が動かない間は、加える外力が大きくなるほど静止摩擦力も大きくなりますね。 さて、静止摩擦力はずーっと永遠に大きくなり続けるでしょうか? そんなことありませんよね。 重い物体でも、大きい力を加えれば必ず動き出します。 この「物体が動き出す瞬間」の条件は何なのでしょうか? それは、 加える外力が静止摩擦力を越える ことですね。 言い換えると、 物体に働く静止摩擦力には最大値がある わけです。 この静止摩擦力の最大値が『 最大(静止)摩擦力 』なんですね。 図8 静止摩擦力と最大摩擦力 f 0 最大摩擦力の大きさから、物体が動くか動かないかが分かりますよ。 最大摩擦力≧加えた力(=静止摩擦力)なら物体は動かない 最大摩擦力<加えた力なら物体は動く さて、静止摩擦力の大きさは加える力によって変化しましたね。 ですが、その最大値である最大摩擦力は計算で求められるのです。 最大摩擦力 f 0 は、『 静止摩擦係数(せいしまさつけいすう) 』と呼ばれる定数 μ (ミュー)と物体に働く垂直抗力 N の積で表せることが分かっていますよ。 f 0 = μ N 摩擦力の大きさを決める条件 は、「接触面の状態」×「面を押しつける力」でしたね。 「接触面の状態」は、物体と面の材質で決まる静止摩擦係数 μ が表します。 静止摩擦係数 μ は、言ってみれば、面のざらざら具合を表す定数ですよ。 そして、「面を押しつける力の大きさ」=「垂直抗力 N の大きさ」ですよね。 なので、最大摩擦力 f 0 = μ N と表せるわけです。 次は、とうとう動き出した物体に働く『 動摩擦力 』を見ていきます! 抵抗力のある落下運動 [物理のかぎしっぽ]. 動摩擦力と動摩擦係数 加えた外力が最大摩擦力を越えて、物体が動き出しましたよ。 一度動き出すと、動き出す直前より小さい力でも動くので楽ですよね。 ということは、摩擦力は消えてしまったのでしょうか? いいえ、動き出すまでは静止摩擦力が働いていたのですが、動き出した後は『 動摩擦力 』に変わったのです!
【学習アドバイス】 「外力」「内力」という言葉はあまり説明がないまま,いつの間にか当然のように使われている,と言う感じがしますよね。でも,実はこれらの2つの力を区別することは,いろいろな法則を適用したり,運動を考える際にとても重要となります。 「外力」「内力」は解答解説などでさりげなく出てきますが,例えば, ・複数の物体が同じ加速度で動いているときには,その加速度は「外力」の総和から計算する ・複数の物体が「内力」しか及ぼしあわないとき,運動量※が保存される など,「外力」「内力」を見わけないと,計算できなかったり,計算が複雑になったりすることがよくあります。今後も,何が「外力」で何が「内力」なのかを意識しながら,問題に取り組んでいきましょう。 ※運動量は,発展科目である「物理」で学習する内容です。
239cal) となります。また、1Jは1Wの出力を1秒与えたという定義です。 なお上記で説明したトルクも同じ単位ですが、両者は異なります。回転運動体の仕事は、力に対して回転距離[rad]をかけたものになります。 電気の分野ではkWhが仕事(電力量)となり、1kWの電力を1時間消費した時の電力量を1kWhと定義し、以下の式で表すことができます。 <単位> 1J =1Ws = 0. 239[cal] 1kWh = 3. 6 × 10 6 [J] ■仕事とエネルギーの違い 仕事と エネルギー はどちらも同じ単位のジュール[J]ですが、両者は異なるもので、エネルギーは仕事をできる能力です。 例えば、100Jのエネルギーを持った物体が10Jの仕事をしたら、物体に残るエネルギーは90Jとなります。また逆もしかりで、90Jのエネルギーを持つ物体に更に10Jの仕事をしたら、物体のエネルギーは100Jになります。
05/17/2021 物理, ヒント集 第6回の物理のヒント集は、物体に働く力の図示についてです。力学では、物体に働く力を正しく図示できれば、ほぼ解けたと言っても過言ではありません。そう言っても良いほど力を正しく図示することは重要です。 力のつり合いを考えるときや運動方程式を立てるとき、力の作用図を利用しながら解くので、必ずマスターしておきましょう。 物体に働く力を正しく図示しよう さっそく問題です。 例題 ばね定数kのばねに小球A(質量m)がつながれており、軽い糸を介してさらに小球B(質量M)がつながれている。このとき、小球A,Bに働く力の作用図を図示せよ。 物体に力が働く(作用する)様子を描いた図 のことを 力の作用図 と言います。物体に働く力を矢印(ベクトル)で可視化します。 矢印の向きや大きさ によって、 物体に働く力の様子を把握することができる 便利な図です。 物体が1つであれば、力の作用図を描くのに苦労しないでしょう。 しかし、問題では、物体である小球が1つだけでなく2つある 複合物体 を扱っています。物体が複数になった途端に描けなくなる人がいますが、皆さんはどうでしょうか? とりあえず、メガネ君の解答を聞いてみましょう。 メガネ君 メガネ先生っ!できましたっ! メガネ先生 メガネ君はいつも元気じゃのぅ。 メガネ君 僕が書いた図は(1),(2)になりますっ! メガネ先生 メガネ君が考えた力の作用図 メガネ先生 ほほぅ。それでは小球A,Bに働く力を教えてくれんかのぅ。 メガネ君 まず、小球Aでは、上側にばね、下側に小球Bがつながれています。 メガネ君 ですから、上向きに「 ばねの弾性力 」が働き、下向きに「 Aが受ける重力に加えて、Bが受ける重力 」も働くと考えました。 メガネ先生 なるほどのぅ。次は小球Bじゃの。 メガネ君 小球Bでは、上側にばねがあり、下側に何もありません。 メガネ君 ですから、小球Bには、上向きに「 ばねの弾性力 」が働き、下向きに「 Bが受ける重力 」が働くと考えました。 メガネ君 どうですか? 自分ではバッチリだと思うのですがっ! (自画自賛) メガネ先生 自分なりに筋の通った答えを出せるのは偉いぞぃ。 メガネ君 それでは今回こそ大正解ですかっ!