
No.5ベストアンサー
- 回答日時:
No.3 です。
「お礼」に書かれたことについて。>円柱を滑らないと仮定したとき、摩擦としてかかる力Fが最大静止摩擦力よりも大きかった場合、このFはどういう力なのでしょうか?
その「摩擦としてかかる力F」というのは、摩擦力ではなく「外力」なのでは?
外力が最大静止摩擦力よりも大きければ、必ず滑ります。
円柱が滑らなければ、
(a) 重心にかかる外力から「摩擦力」を差し引いたものが「重心の並進運動」を起こす
(b) 摩擦力が「重心周りの回転運動」を引き起こす
(c) 並進運動の「重心の移動距離」と、回転運動の「円周の移動距離」が等しくなる
(d) この場合の「摩擦力」は「最大静止摩擦力」以下である
ということです。
円柱が滑る場合には、(a)(b) は同じですが、(c) が成立しなくなります。
重心の移動距離 > 円周の移動距離
になります。
いずれの場合も、#3 に書いたように (d) は必ず成立しています。
それは「滑る、滑らない」に係わらず、「摩擦力」とはそういうものだからです。
No.4
- 回答日時:
「転がる」と「滑る」とは違います。
円柱であれば、滑ることができないから転がる、という関係でしょう。
なので、
> 円柱が斜面を滑りながら転がる
という状況が良くわかりません。
最大静止摩擦力というのは、静止できる限界の摩擦力、ということ。
現在状態の摩擦力がそれを超えれば、滑り始めます。
他方、円柱の場合は、その重心が円柱の支点より下方向にあれば、
転がり始めます。
ご質問の内容を、言葉を整理してみてください。
No.3
- 回答日時:
No.1 です。
ちょっと「つっけんどん」だったので補足します。
質問文にお示しの
「その円柱にかかる静止摩擦力が、最大静止摩擦力よりも大きいなら、滑りながら転がる」
の記述は明らかに間違いです。
「静止摩擦力」とは、滑らないときに「外力とつり合う」と考えたある意味で「架空の力」です。
そして、「摩擦力」はある一定値以上にならないので、それを越える外力が働くと滑り始めます。その「滑り始める瞬間(あるいは直前)」の摩擦力を「最大静止摩擦力」と呼びます。
従って、滑り始める前は
静止摩擦力 ≦ 滑り始める瞬間(あるいは直前)の摩擦力
つまり
静止摩擦力 ≦ 最大静止摩擦力
ということになります。
一度滑り始めたら、そのときの摩擦力は「動摩擦力」と呼び、一般に
「一度滑り始めると、摩擦力が小さくなって滑り続ける」
つまり
動摩擦力 < 最大静止摩擦力
になります。
いずれにせよ、「静止摩擦力」は「動き出す前」についてしか定義できないので、常に
静止摩擦力 ≦ 最大静止摩擦力
であって、動き出した後のことは何も言っていません。
「滑りながら転がる」のは、「動摩擦力」によって回転運動が起こるとともに、「外力から動摩擦力を差し引いた力」によって並進運動(滑り)が起こるからです。
回答ありがとうございます。とても分かりやすかったです。
静止摩擦力が間違いなのは理解できたのですが、円柱を滑らないと仮定したとき、摩擦としてかかる力Fが最大静止摩擦力よりも大きかった場合、このFはどういう力なのでしょうか?
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