静力学
摩擦: 滑りに抗して自ら調整する力
摩擦は自己調整抵抗 F ≤ μs N、滑り直前 μs N、動摩擦 μk N、斜面 tan θ = μs、摩擦角 φ
摩擦は面が滑りに抗して生み出す力で、物体を押す力に合わせて自ら大きさを変えます。ただし限界まで。F ≤ μs N。その限界を超えると物体は解き放たれて滑ります。
押す力をドラッグしてください。摩擦力は静かにそれに合わせて大きくなり、ブロックを止めます。自ら調整するのです。押す力が μs N を超えて初めてブロックは滑ります。
その限界は Fmax = μs N で、面を押し合わせる垂直抗力が決めます。荷を増やせば面はより抵抗できます。垂直抗力をドラッグしてください。
静止摩擦は μs N まで上がれます。いったん滑り出すと、より小さい動摩擦値 μk N へ落ちます。その急な低下が、くっついた物が外れるときに感じるガクッです。切り替えてください。
斜面を傾けてください。ブロックは勾配が tan θ = μs となる角度に達するまで持ちこたえ、そこで滑ります。その角度は重さにまったく依存しません。角度をドラッグしてください。
その背後に摩擦角 φ があり、tan φ = μs です。接触の全反力 — 垂直抗力に摩擦を加えたもの — は面の法線から最大 φ までしか傾けません。その傾きに達すると滑りが始まります。μs をドラッグしてください。
実際に使う乾燥摩擦は面が滑りに抗して自ら調整する抵抗です。静止中は加えた力とぴったり等しくなり、F ≤ μs N までしか上がりません。滑る直前では μs N に等しく、いったん動くとより小さい動値 μk N に落ち着きます。限界が垂直抗力に比例するので、斜面上のブロックはちょうど tan θ = μs のとき滑ります。重さに依らず。それが接触反力が法線から最も傾く摩擦角 φ です。つり合い、自由物体図、構造物、図心、二次モーメント、そして今や摩擦を手にしたので、最後の一片は荷重を受ける部材の内部に入り、内力を読みます。
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