静力学 わかりやすく
摩擦力 わかりやすく
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
摩擦は面が滑りに逆らって起こす力で、物体を押す力に合わせて自分で大きさを変えます。ただし限界までで、F ≤ μs N がその上限であり、そこを超えると物体が解けて滑ります。必要な分だけ支え、限度を超えると手を放します。
押す力をドラッグすると、摩擦力が静かに同じだけ大きくなってブロックを捕まえます。自分で調節するもので、押す力が μs N を超えて初めてブロックが滑ります。それまでは押した分だけ押し返します。
その限界は Fmax = μs N で、面を押し合う垂直抗力が決めます。荷物をさらに載せると面はより耐えられ、垂直抗力をドラッグするとその関係がそのまま見えます。強く押すほど上限が一緒に上がります。
静止摩擦は μs N まで上がれますが、いったん滑り始めるとより小さい運動摩擦の値 μk N に落ちます。その急な落ち込みが、くっついていた物体が解けるときに感じる引っかかりで、切り替えると二つの値の差が見えます。動いているあいだはその小さい値が残ります。
斜面を傾けると、ブロックは傾きが tan θ = μs の角度に達するまで耐えてから滑ります。その角度は重さとまったく関係がなく、角度をドラッグすると限界角がどこか確かめられます。重いブロックも軽いブロックも同じ角で解けます。
その後ろに摩擦角 φ があります。tan φ = μs の角で、接触面の全体の反力、つまり垂直抗力に摩擦を足した力は、面の法線から最大 φ までしか傾きません。その傾きに達すると滑りが始まり、係数をドラッグするとその限界が一緒に動きます。一つの角が面の粗さを代わります。
実際に使う乾き摩擦は、面が滑りに逆らって自分で調節する抵抗です。静止では加えられた力とちょうど等しくなり、F ≤ μs N までしか上がらず、滑る直前にはその限界と等しく、いったん動き出すとより小さい運動の値 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重さと無関係に、ちょうど tan θ = μs のとき滑ります。それが接触反力が法線から最も遠く傾く摩擦角 φ です。つりあいと自由体図、構造、図心、2 次モーメント、そして摩擦まで手にしたので、最後の破片は荷重を受ける部材の中に入って内部の力を読むことです。
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