理科ラボ

物理基礎｜力と運動（4）摩擦力

摩擦力は「押しつける力」で決まり、面積では決まらない

押しても動かないとき、床は押す力と同じ大きさの摩擦力を返しています。押す力を強くしていくと、ある大きさ（最大摩擦力）で動き出し、動いている間は少し小さい摩擦力（動摩擦力）になります。予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    押しても動かないとき、床からの力は？

    予想：床の上の箱を 4 N で水平に押したが、動かなかった。このとき、床が箱におよぼす摩擦力は？

    青＝押す力、赤＝摩擦力。μ：静止摩擦係数、μ'：動摩擦係数。g ＝ 9.8 m/s²。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    最大摩擦力F0 = μN動き出す直前の摩擦力 ＝ 静止摩擦係数 × 垂直抗力μ：静止摩擦係数。N ＝ mg（水平な床）
    動摩擦力F′ = μ′N動いているときの摩擦力 ＝ 動摩擦係数 × 垂直抗力μ' ＜ μ。速さによらず一定
    静止摩擦力f = F（押す力）止まっているなら、押す力と同じμN は「限界」であって、止まっているときの値ではない

    まちがえやすい：止まっているときの摩擦力を μN と書いてしまう。μN は最大値。止まっているときはつりあいから求める。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具：慣性の実験摩擦のある床とない床で、台車の動きを比べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ「動き出すとき」がいちばん重いのか

    何を比べる？

    押す力を 0〜8 N に変えたときの静止摩擦力、床の材質を変えたときの最大摩擦力、動き出したあとの摩擦力、質量を変えたときの最大摩擦力、接する面を変えたときの最大摩擦力を比べます。

    結果をどう考える？

    重い家具を押すとき、動き出す瞬間がいちばん重く、動き出すと急に軽くなります。これは、静止摩擦力の限界（最大摩擦力 μN）が、動いているときの動摩擦力 μ'N より大きいからです。摩擦力は面の材質と押しつける力で決まり、面積が広くても 1 か所あたりの押しつけが弱くなるので、合計は変わりません。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    止まっている物体の摩擦力を、いつも μN と書いてしまうまちがいが多いです。μN は「限界の値」で、止まっているときの摩擦力は押す力と同じ（つりあい）です。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方