高校物理において、必ず最大静止摩擦力＞動摩擦力

Question

が成り立つ。

即ち、最大静止摩擦力＝動摩擦力と最大静止摩擦力＜動摩擦力は絶対成り立たない。

これは、あってますか？

回答お願いします。

foomufoomu · Accepted Answer

> アルミ同士以外にもまだまだ高校物理において例外がたくさんあるなら
私はアルミ以外知りませんが、「それ以外には例外はない」と言い切れる人は、世界中のどこにもいません。
いったい、世の中に何種類の「物質」があると思っているのですか？
金属だけでも、無数の合金があるわけですし、他にも化合物がいっぱいあります。とくに、有機化合物ともなると、学者でも、総数がどれだけなのか、およその見当すらつかない状態です。

高校物理なのですから、すなおに、
＃一般的に最大静止摩擦のほうが動摩擦より大きい
だけを覚えておけばよいのでは。

foomufoomu · Answer

＞アルミどうしの摩擦は高校物理においてでてくるのでしょうか？
前に書いたリンク先の文を見るかぎり、アルミの摩擦では動摩擦のほうが大きいのは事実のようです。

また、こちらの最後のほうを見ると
＃　わかりやすい高校物理の部屋　　摩擦力
＃　http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/3-2-0-0/3-2-2-2masaturyoku.html
＃　•一般的に最大静止摩擦力の方が動摩擦力よりも大きい
という表現にはなっています。
高校物理では、アルミは例外的存在なので「一般的」のなかには含まれないのでしょう。
ですが、「常に最大静止摩擦力の方が・・・」や「必ず・・・」という表現にはなっていないことにも、注意すべきでしょう。

htms42 · Answer

摩擦力は面との接触によって生じます。
面の接触状態の違いの程度（ざらざらしている、つるつるしているの程度）の違いを表すためには面にかかる力を共通にしておく必要が有ります。その力（垂直抗力）に対しての比較で考えます。摩擦係数という数字が使われます。摩擦係数の大小は同じ場所で比較しないと意味が有りません。
離れた場所であれば面の性質、接触状況は当然変化しますから「静止摩擦係数＞運動摩擦係数」が成り立たない場合があるかもしれないというのは当然のことです。
ある場所について「静止最大摩擦力＜運動摩擦力」ということが有り得るとは思えません。どうやって動くことができるのでしょうか。静止している状態から運動している状態に切り替わるためには釣り合いが破れなければいけません。静止しているときに働く抵抗力よりも抵抗力が小さくなるからこそ釣り合いが破れて動くのではないでしょうか。静止している場合に働く抵抗力に最大値があるから動きます。それよりも大きな力が働くのであれば最大値ではないのではないですか。どういう仕組みで釣り合いが破れることが可能になるのか、考えておられることを書いていただきたいと思います。

摩擦力についての一番素朴な考え方はでこぼこ説です。
接触面でのでこぼこの噛み合いによって生じる抵抗力です。動けば静止している時よりも噛み合いは弱くなります。

foomufoomu · Answer

アルミどうしの摩擦では、動摩擦のほうが大きいそうです。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/1899199.html

私もアルミ板の上で1円玉を滑らせてみたのですが、どうもよくわかりませんでした。
もっと平滑で長い斜面を滑らせて、加速度を調べないと数字が出てこないのかもしれません。

tknakamuri · Answer

高校では動摩擦は摩擦面に垂直にかかる力が一定なら、動摩擦も一定になると
習うと思いますが、滑り出した「後」、動摩擦が大きく変化して
最大静止摩擦を超えてしまうことはもちろんありえますよ。

それは滑ってゆく面の状況や摩擦面にかかる力次第です。

yokkun831 · Answer

>高校物理において、必ず最大静止摩擦力＞動摩擦力が成り立つ。

教科書にどう書いてあるかとか，高校物理において…とかは問題ではなく，要は身近な摩擦現象においてどうなっているか，が問題なのですよね？

簡単な実験でできることですから，実際にやってみて考えて下さい。そうすれば，自分の経験としっかり結びついた本物の知識になると思います。

床においた段ボール箱入りの荷物があるとします。段ボール箱の重さによって異なりますが，水平に押したときに初めはなかなか動かずに静止したままです。このとき，静止摩擦力は押す力とつりあって箱がすべるのを妨げています。しかし，押す力をしだいに大きくしていくとついにはすべり出すことになります。すべり出す直前にぎりぎりつりあっているときの静止摩擦力は，その最大値をとっていることになりますから，これが「最大静止摩擦力」です。

静止摩擦力＝最大静止摩擦力のときに，すべり出すか否かを問うことにはほとんど意味がありません。力も摩擦係数も現実には測定値ですから必ず誤差を伴っており，「ちょうどその値」になるなどということはありえないから，限界のときにどっちにころぶかは「五分五分」としかいいようがないのです。

実際にやってみるとわかるように，段ボール箱が床をすべりだすと，押す力は小さくてすむようになります。これは，すべらないように持ちこたえている静止摩擦力のしくみと，すべってから運動を妨げている動摩擦力のしくみとは，ミクロの目で見て明らかに異なるからです。いろんなモデルが考えられますが，そのひとつを紹介すると，静止しているときこすれあう面の凹凸ががっちりかみあっているのに対して，すべって動いているときには凹凸はかみ合うことなくとび移っている…といった感じです。

ミクロの目で見た摩擦力の仕組みは，それはそれで興味深いことですが，とりあえず経験として
最大静止摩擦力　＞　動摩擦力
は認めましょう。さらにいえば，もし
最大静止摩擦力　＜　動摩擦力
であったとすると，理論上矛盾が生じます。なぜなら，静止摩擦力が最大静止摩擦力に達して，ついにすべり出したのに，動摩擦力がそれより大きいのならただちに停止してしまいますね？　つまり，ぎりぎり持ちこたえる力が最大静止摩擦力であると定義したのに，結局すべり出さないことになってしまいます。

（１）　経験上そうなっていること
（２）　定義上そうなっていること

この２つの理由から，

最大静止摩擦力　＞　動摩擦力

でなければなりません。ただし，（２）では

最大静止摩擦力　＝　動摩擦力

が許容されます。余計なことですが，物理シミュレータAlgodooではそうなっています。しかし，（１）の経験上から，＝となることはほとんどありません。

高校物理において、必ず最大静止摩擦力＞動摩擦力

> アルミ同士以外にもまだまだ高校物理において例外がたくさんあるなら

＞アルミどうしの摩擦は高校物理においてでてくるのでしょうか？

摩擦力は面との接触によって生じます。

アルミどうしの摩擦では、動摩擦のほうが大きいそうです。

高校では動摩擦は摩擦面に垂直にかかる力が一定なら、動摩擦も一定になると

>高校物理において、必ず最大静止摩擦力＞動摩擦力が成り立つ。

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