静摩擦の最小係数を決定する方法

摩擦は運動に対抗する力です。 物理学者は、体を静止状態に保つように作用する静止摩擦と、動き始めたら動きを遅くするように作用する動摩擦を区別します。 静摩擦によって加えられる力(Fs)は、物体が移動する表面に対して物体が及ぼす垂直力に比例します。これは法線力(FN). 比例係数は静的分数の係数と呼ばれ、通常、下付き文字が付いたギリシャ語の文字muで表されます。s​ (​µs). 数学的関係は次のとおりです。

F_s = \ mu_s F_N

この係数は、互いに接触している2つの表面の特性に依存します。 それは多くの異なる材料のために表にされました。 見つからない場合µs 使用している材料については、簡単な実験で判断できます。

TL; DR(長すぎる; 読んでいない)

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2つの材料間の最小静止摩擦係数を見つけるには、一方の材料から傾斜面を作成し、もう一方の材料で作られたボディをその上に配置します。 体が滑り始めるまで傾斜の角度を増やします。 角度の接線は摩擦係数です。

傾斜面を使用する

決定する簡単な方法µs問題のオブジェクトを、調査している表面と同じ材料で作られた傾斜面に配置することです。 オブジェクトがスライドし始めるまで、傾斜の角度を徐々に大きくします。 その角度を記録します。 あなたはすぐに見つけることができますµs角度の接線に等しいからです。 理由は次のとおりです。

傾斜を上げると、質量体に作用する重力m水平成分と垂直成分があります。 体が動き始める直前にこれらのそれぞれにニュートンの法則を適用すると、水平成分が見つかります(これはバツ-方向)になるFバツ​ = ​maバツ. 同じことが当てはまりますy方向:Fy​ = ​may​.

の加速バツ-方向、maバツ、は重力に等しく、これは質量に重力による加速度を掛けたものです(g)角度の正弦の倍(ø)傾斜の支点で形成されます。 体は動いていないので、これは静摩擦の反対の力に等しく、次のように書くことができます。

1. mg \ sin {\ theta} = F_s

ザ・y-力の方向成分、mayは、角度の余弦に質量を掛けたものに重力による加速度を掛けたものに等しく、体は動いていないため、これは法線力に等しくなければなりません。

2. F_N = mg \ cos {\ theta}

それを覚えておいてくださいFs​ = ​µsFN. 代わりにFs式(1)の場合:

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mg \ sin {\ theta} = \ mu_s F_N

式(2)との等式を使用して、FN​:

mg \ sin {\ theta} = \ mu_s mg \ cos {\ theta}

用語 "mg"両側からキャンセルします:

\ mu_s = \ frac {\ sin {\ theta}} {\ cos {\ theta}} = \ tan {\ theta}

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