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物理学の質問です。この問題では前後輪のうち後輪のみが空転しています。このとき空転している後輪には摩擦力が発生しないため、進行方向の運動方程式は
Mα=-μN1
だと考えたのですが、どこが違うのでしょうか。教えてください。

「物理学の質問です。この問題では前後輪のう」の質問画像
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A 回答 (1件)

μとは何? 後輪の「動摩擦係数」なのかな?



まずは、車の外の「地面」の座標系で考えよう。

進行方向を正とすれば、「駆動輪である前輪が加える力」を F1、「引きづられて空転する後輪の摩擦力」を f とすれば、車にかかる「合力」は
 F = F1 + f
となる。
この力が働いて、質量 M の車に a の加速度が発生するのだから、運動方程式は
 F1 + f = Ma   ①
となる。f は進行方向と逆向きなので
 f = -μN1
となり、①は
 F1 - μN1 = Ma   ②
となる。

あなたの考えた運動方程式はこの考え方でしょう。
ただ、その場合には「前輪の駆動力 F1」を入れなければいけません。

次に、「車の上の座標系」で考えると、車は静止しているように見えるので、「前輪の駆動力 F1」は消えます。
また、車の「加速度」は、逆向きの慣性力(車が前向きに加速しているなら、後ろ向きに倒されるように働く)が働くので、逆向きの加速度 -a が働いているように見えるため、結果として②は
 -μN1 = -Ma
→ Ma = μN1
となります。

「車の上の座標系」だと、車は止まっているのに「後輪の摩擦力」が働いているという「直感的に分かりにくい」状態なので、「地上の座標系」で考えてから「車の上の座標系」に移すことを考えた方が分かりやすいです。
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この回答へのお礼

あなたに会えてよかった

丁寧にありがとうございます。自分の中でごちゃごちゃになっていた部分が分かりました。

お礼日時:2021/04/06 20:58

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