力学 物理

【高校物理】動摩擦と静止摩擦の違いとは?【摩擦の向きが簡単にわかる方法】


【お得なキャンペーン中!】今なら14日間無料で見放題!

関連記事大学受験におすすめのスタディサプリコースは?【料金や評判も大公開!】

今すぐ14日間無料体験

スタサプ公式サイトにアクセス

悩んでる人

・3つの摩擦の区別ができない
・摩擦の向きがわからない

物理の勉強を始めた受験生の中には、摩擦が苦手で物理が難しいと思っている人も、いるのではないでしょうか。

実は、物体に力をかけたときの動き方で、摩擦を3つの種類に分けることができます。

そこで今回は、摩擦の3つの種類と摩擦のかかる向きの判断方法について話していきます。

この記事を読めば、『摩擦の種類がわからない』『摩擦の向きがわからない』といった問題は、解決できますよ!

高校物理の摩擦は動,静止,最大摩擦の3種類!

摩擦とは、物体と物体の間に働く抵抗力のことをいい、大きく3種類に分けることができます!

  • 静止摩擦力
  • 最大摩擦力
  • 動摩擦力
悩んでる人

この3つの区別は、どのようにすればいいのですか?

まずは、下の図をみてみよう!

塾長

上のように、物体を右方向に向かって引っ張る場合を考える。この時、物体の状態によって摩擦の種類が変わります。

物体の状態摩擦の種類
➀静止静止摩擦力\(f=F\)
➁滑り出す直前最大摩擦力\(f=\mu N\)
➂滑っている動摩擦力\(f=\mu' N\)

\(\mu \)、\(\mu' \)のことを、それぞれ静止摩擦係数、動摩擦係数といい、面の荒さを表す定数のなっています。

摩擦って言われたら、必ず\(f=\mu N\)かと思っていました!

多くの人がやりがちなミスだね!最大摩擦力\(f=\mu N\)は動き出す瞬間しか使えないから注意だよ!

塾長


その①:静止摩擦力は力のつり合い

悩んでる人

静止摩擦力は\(f=F\)で表されていますが、どういうことですか?

物体が静止しているときは、静止摩擦力を使うけれど、静止しているわけだから、摩擦力と力は必ずつり合うよね!

塾長

静止摩擦力は、物体が動き出すまでの摩擦力で、加えた力に比例して大きくなります!

つまり、静止摩擦力を求めたければ、つり合いの式を立ててあげればよい、ということになりますね。


摩擦力の大きさは不連続的に変化する!

上の図は、3つの摩擦力の大きさを比較したものです!

何か気が付いたことはあるかな?

塾長

動いているときの動摩擦力は、最大摩擦力よりも小さな摩擦になっています!

この図で一番大切なのは、動く直前よりも、動いている方が摩擦は小さくなるということです。

例えば、スーパーで買い物かごを押すとき、動くまでは力がいるけど、動き始めたらそんなに力はいらないよね? これも上の話が原因なんだ!

塾長

摩擦の向きはひだに置き換えて考える!

上の図で、地面と物体の間に摩擦が働いているとき、静止摩擦力の向きはどっちかわかるかな?

塾長
悩んでる人

うーん、、、

摩擦の向きで困ったら、以下のように考えるとうまくいきますよ!

摩擦の向きはこうする!

摩擦を知りたい面を『ひだ』で置き換えて、極端にずれた時をイメージする!

今回は、板にかかる摩擦を知りたいので、板にひだをつけてみます!

この後は、板が極端にずれた場合を考えます!

極端にずれた場合とは、『摩擦がなかったらどのようにずれるか』ということです!

塾長

本来、摩擦がなければ、板はズルズルすべって、右に向かって滑りますよね。

その時、板についたひだはどのように動きますか?

あ!ひだは左に向きます!

その通り!その向きが、そのまま摩擦の向きになるよ!

塾長

よって、摩擦を描き込むと、このような図が出来上がります!

このように、摩擦の向きに困ったら、『知りたい面にひだをつけて、極端にずれた場合を考えればいい』のです!

まとめ:摩擦力の向きと使い分けができれば簡単!

今回は、物理を始めた人を悩ませる摩擦について紹介してきました。

力学の問題を解くときに、摩擦が関わってくる問題は非常に多く、扱い方を間違うと『0点』ということもあります。

ですが、今回このページで学んだことをしっかりと使いこなすことができれば、摩擦の問題で間違うことはまずありません!

摩擦が苦手な人は、このページをよく復習しておきましょう。

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

しばけん

現役時代センター試験60点台。浪人中予備校に通い神授業に出会う。旧帝大模試で物理偏差値65を叩き出し、その経験を活かして現在は塾で中学生や高校生に数学や物理を指導中。

-力学, 物理