마찰: 미끄러짐에 맞서 스스로 조절되는 힘
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. 필요한 만큼만 버티다가 한도를 넘기면 손을 놓는다.
미는 힘을 끌면 마찰력이 조용히 그만큼 커지며 블록을 붙잡는다. 스스로 조절되는 것인데, 미는 힘이 μs N을 넘어서야 비로소 블록이 미끄러져요. 그 전까지는 민 만큼만 되민다.
그 한계는 Fmax = μs N으로, 면을 맞누르는 수직항력이 정한다. 짐을 더 얹으면 면이 더 버틸 수 있는데, 수직항력을 끌면 그 관계가 그대로 보여요. 세게 누를수록 한도가 같이 오른다.
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. 움직이는 동안에는 그 작은 값이 남는다.
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. 무거운 블록이나 가벼운 블록이나 같은 각에서 풀린다.
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, 계수를 끌면 그 한계가 함께 움직인다. 각 하나가 면의 거칠기를 대신한다.