転がり摩擦：定義、係数、式（例付き）

摩擦は日常生活の一部です。 理想化された物理学の問題では、空気抵抗や摩擦力などを無視することがよくありますが、正確に知りたい場合は サーフェス全体のオブジェクトの動きを計算するには、オブジェクトとの接触点での相互作用を考慮する必要があります。 表面。

これは通常、特定の状況に応じて、滑り摩擦、静止摩擦、または転がり摩擦のいずれかで作業することを意味します。 ボールやホイールのような転がる物体は、あなたがしなければならない物体よりも明らかに摩擦力が少ないですが スライドでは、車のタイヤなどのオブジェクトの動きを説明するために、転がり抵抗を計算する方法を学ぶ必要があります。 アスファルト。

転がり摩擦は動摩擦の一種で、別名転がり抵抗、これは（スライド運動とは対照的に）転がり運動に適用され、他の形態の摩擦力と本質的に同じ方法で転がり運動に対抗します。

一般的に言って、ローリングはスライドほどの抵抗を伴わないので、転がり摩擦係数表面上のは、通常、同じ表面上の滑りまたは静的な状況での摩擦係数よりも小さくなります。

転がり（または純粋な転がり、つまり滑りのない）のプロセスは、スライドとはまったく異なります。 オブジェクト上の新しいポイントが接触するたびに、ローリングには追加の摩擦が含まれるためです。 表面。 この結果、いつでも新しい接触点があり、状況は瞬間的に静止摩擦に似ています。

表面粗さ以外にも、転がり摩擦に影響を与える多くの要因があります。 たとえば、オブジェクトとローリングモーションの表面が接触したときに変形する量は、力の強さに影響します。 たとえば、車やトラックのタイヤは、空気圧を下げると転がり抵抗が大きくなります。 タイヤを押す直接の力だけでなく、エネルギー損失の一部は熱によるものであり、ヒステリシス損失​.

転がり摩擦の式は、基本的に滑り摩擦と静圧の式と同じです。 他のタイプの同様の係数の代わりに転がり摩擦係数を使用する場合を除き、摩擦 摩擦。

使用するF​_k、r 転がり摩擦力（つまり、運動、転がり）の場合、F​_n 法線力とμ​_k、r 転がり摩擦係数の場合、方程式は次のようになります。

転がり摩擦は力であるため、F​_k、r ニュートンです。 転がり体に関する問題を解決するときは、特定の材料の特定の転がり摩擦係数を調べる必要があります。 EngineeringToolboxは一般的に素晴らしいです 資源 このタイプのものについては（「参考文献」を参照）。

いつものように、法線力（F​_n）は同じ大きさの重みを持っています（つまり、mg、 どこm質量であり、g= 9.81 m / s²）水平面上のオブジェクト（その方向に他の力が作用していないと仮定）であり、接触点で表面に垂直です。表面が傾いている場合ある角度でθ、法線力の大きさは次の式で与えられます。mgcos（θ​).

ほとんどの場合、転がり摩擦の計算はかなり簡単なプロセスです。 質量のある車を想像してみてくださいm= 1,500 kg、アスファルトで運転し、μ​_k、r = 0.02. この場合の転がり抵抗はどれくらいですか？

数式を使用して、F​_n = ​mg（水平面上）：

この場合、転がり摩擦による力が大きいように見えますが、車の質量を考えると、ニュートンの第2法則を使用すると、これは0.196 m / sの減速度にすぎません。². 私

同じ車が10度の上向きの傾斜で道路を運転していた場合は、使用する必要がありますF​_n = ​mgcos（θ）、結果は変わります：

傾斜により垂直抗力が減少するため、摩擦力も同じ係数で減少します。

転がり摩擦の力と法線力の大きさがわかっている場合は、次の再配置された式を使用して、転がり摩擦係数を計算することもできます。

水平なコンクリート面を転がる自転車のタイヤを想像してみてください。F​_n = 762NおよびF​_k、r = 1.52 N、転がり摩擦係数は次のとおりです。