摩擦係数の計算方法

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著者: John Stephens
作成日: 25 1月 2021
更新日: 15 5月 2024
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【高校物理】 運動と力31 静止摩擦係数の測定 (13分)
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摩擦は、動的と静的の2つの方法で発生します。動摩擦は、表面上をスライドするオブジェクトに作用しますが、静止摩擦は、摩擦によりオブジェクトの移動が妨げられるときに発生します。摩擦の単純だが効果的なモデルは、摩擦力fが法線力Nと摩擦係数μと呼ばれる数の積に等しいことです。係数は、相互に作用する材料を含め、互いに接触する材料のペアごとに異なります。法線力とは、2つの摺動面の間の界面に垂直な力、つまり、互いに押し合う力のことです。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

摩擦係数の計算式は、μ= f÷Nです。摩擦力fは、意図した動きまたは実際の動きとは反対の方向に常に作用しますが、表面に平行な方向にのみ作用します。

移動時間を測定する

摩擦力を測定するには、滑車の上を走り、吊り下げられた質量に取り付けられたひもで引っ張られたブロックがトラックを横切ってスライドする実験を設定します。滑車から可能な限りブロックを開始し、ブロックを解放し、時間tを記録します。これは、トラックに沿って距離Lを移動するのにかかります。吊り質量が小さい場合、ブロックを少し動かす必要がある場合があります。異なる吊り質量でこの測定を繰り返します。

摩擦力の計算

摩擦力を計算します。まず、ブロックにかかる正味の力であるFnetを計算します。方程式は、Fnet = 2ML÷t2ここで、Mはブロックの質量(グラム)です。

ブロックに加えられる力Fappliedは、吊り質量mの重さによる弦からの引っ張りです。適用される力、Fapplied = mgを計算します。ここで、g = 9.81メートル/秒、重力加速度定数です。

Nを計算します。垂直力はブロックの重量です。 N = Mg。

次に、加えられた力と正味の力の差である摩擦力fを計算します。方程式はf = Fapplied-Fnetです。

摩擦力をグラフ化する

x軸の法線力Nに対するy軸の摩擦力fをグラフ化します。勾配により、動摩擦係数が得られます。

ランプデータの記録

オブジェクトをトラックの一方の端に置き、その端をゆっくり持ち上げてランプを作ります。ブロックがスライドし始める角度θを記録します。この角度では、ランプに作用する重力の有効な力は、ブロックがスライドし始めるのを防ぐ摩擦力よりわずかに大きいだけです。摩擦の物理を傾斜面のジオメトリに組み込むと、静止摩擦係数の簡単な式が得られます。μ= tan(θ)。ここで、μは摩擦係数、θは角度です。