정역학
마찰: 미끄러짐에 맞서 스스로 조절되는 힘
마찰은 자기조절 저항 F ≤ μs N, 미끄러짐 직전 μs N, 운동 μk N, 경사면 tan θ = μs, 마찰각 φ
마찰은 면이 미끄러짐에 맞서 일으키는 힘이고, 물체를 미는 힘에 맞춰 스스로 크기를 바꾼다. 단 한계까지만이라 F ≤ μs N 이 그 상한이고, 거기를 넘어서면 물체가 풀려나 미끄러져요.
미는 힘을 끌면 마찰력이 조용히 그만큼 커지며 블록을 붙잡는다. 스스로 조절되는 것인데, 미는 힘이 μs N을 넘어서야 비로소 블록이 미끄러져요.
그 한계는 Fmax = μs N으로, 면을 맞누르는 수직항력이 정한다. 짐을 더 얹으면 면이 더 버틸 수 있는데, 수직항력을 끌면 그 관계가 그대로 보여요.
정지 마찰은 μs N까지 올라갈 수 있지만, 일단 미끄러지기 시작하면 더 작은 운동 마찰값 μk N으로 떨어진다. 그 갑작스러운 하락이 붙어 있던 물체가 풀릴 때 느끼는 덜컥임인데, 토글하면 두 값의 차이가 보여요.
경사면을 기울여 보면 블록은 기울기가 tan θ = μs인 각도에 이를 때까지 버티다가 미끄러진다. 그 각도는 무게와 전혀 상관이 없는데, 각도를 끌면 그 한계각이 어디인지 확인할 수 있어요.
그 뒤에는 마찰각 φ가 있다. tan φ = μs인 각인데, 접촉면의 전체 반력, 곧 수직항력에 마찰을 더한 힘은 면의 법선에서 최대 φ까지만 기울 수 있어요. 그 기울기에 도달하면 미끄러짐이 시작되고, μs를 끌면 그 한계가 함께 움직인다.
빠른 적용건마찰은 면이 미끄러짐에 맞서 스스로 조절하는 저항이다. 정지 상태에서는 가해진 힘과 정확히 같아지며 F ≤ μs N까지만 올라가고, 미끄러지기 직전에는 μs N과 같았다가 일단 움직이면 더 작은 운동값 μk N으로 가라앉아요. 한계가 수직항력에 비례하니 경사면 위 블록은 무게와 무관하게 정확히 tan θ = μs일 때 미끄러진다. 그것이 접촉 반력이 법선에서 가장 멀리 기우는 마찰각 φ예요. 평형과 자유물체도, 구조물, 도심, 2차 모멘트, 그리고 마찰까지 손에 쥐었으니 마지막 조각은 하중을 받는 부재 속으로 들어가 내부의 힘을 읽는 일이다.
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