物理基礎 摩擦のある水平面上で質量5.0kgの物体に右向き20Nの力を加えると物体は右向きに運動した

物理基礎

摩擦のある水平面上で質量5.0kgの物体に右向き20Nの力を加えると物体は右向きに運動した。動摩擦係数を0.30, 重力加速度の大きさを9.8m/s^2として次の問に答えなさい。

物体に生じる加速度の大きさはいくらか。

という問題なのですが垂直抗力の大きさが49N、動摩擦力の大きさは14.7ということまでは自分でも分かりました。

そしてこの問題は解けなくて解答を見たら
5.0×a=20-14.7でa=1.06となっているのですが
なぜこの式になるのかわかりません。

ma=Fの運動方程式に代入して出たFから動摩擦力をひいているということでしょうか？

回答よろしくお願いします。少し長くて申し訳ありません

No.4 回答者： mabuterol 回答日時： 2023/09/30 18:45

> 回答ありがとうございます。

右向き(正の向き)から左向き(負の向き)の力をひくという考え方でいいのでしょうか？

厳密な事を言えば、No.1 に書いた通り

右向きの正の力と、左向きの負の力を足し算するから 20 + (-14.7) です。将来的に発展的な問題を解く時には、複数の力ベクトルを足し算する問題が出てきますので、力は足し算であって、向きを示す為に正負の符号が付くと覚えておく方が良いです。


どうしても引き算をしたい時には、右向きに絶対値 20 N の力がかかり、左向きに絶対値 14.7 N の力がかかっているから、右向きの力は 20 - 14.7 と計算しても結果は同じなのですが、こっちの方法は、ちょっと物理学センスが悪いと思います。

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/09/26 09:48

>ma=Fの運動方程式に代入して出たFから

>動摩擦力をひいているということでしょうか？

違います。物体にかかる力は、

①加えた力 20 N
②動摩擦力 14.7 N で①と向きは逆

の2種類です。

Fは①と②の和ですから、右向きを正とすると

F = 20 - 14.7 = 5.3 N

これだけです。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2023/09/25 09:45

右向きに加えた力が 20 N だけど、残念ながら摩擦力が 14.7 N も働くので、実際に物体を動かすのに使われる力が

　20 - 14.7 = 5.3 [N]
しかない、ということです。

摩擦のない「水の上」とか「空間に浮いているもの」なら少しの力で動くけど、地面や床の上に置かれたものは相当大きな力を掛けないと動かないよね。

同じ床でも、ざらざらしたコンクリートの上では大きな力がいるけど、ピカピカに磨いた鉄板やガラスの上だと力が小さくても動くよね。
つるつるしたものは「動摩擦係数が小さい」、ざらざら・べとべとしたものは「動摩擦係数が大きい」ということです。

静止したものが動き出すときの「最大静止摩擦力」や「静止摩擦係数」も同じですよね。

そういう経験から「摩擦力」というものを想像できませんか？
実際の経験や、それに基づく「想像」が物理の理解の第一歩です。


＞ma=Fの運動方程式に代入して出たFから動摩擦力をひいているということでしょうか？

違います。
物体を実際に動かすために使われる力が
　F = 20 - 14.7 = 5.3 [N]
ということです。
その「力」が働いた結果で「加速度 a が生じて運動が変化する」ということ。

No.1 回答者： mabuterol 回答日時： 2023/09/25 01:49

そうだよ。

貴方の理解は、だいぶ正解に近い所まで来ている。惜しいね。あと少しだった。

貴方が重たい物を引きずって運ぶ時を想像して欲しいんだけど、重たく感じるよね？　同じ重さの物を氷の上を動かす事を想像して欲しいんだけど、重たく感じなさそうでしょう？　それが摩擦力。摩擦力は、動かそうとする向きと反対方向に発生する力。

今回は右向きに動かそうとしているので、その反対向きに摩擦力が発生する。よって右向きを正としたら左向きは負。F = m a なので
F = 20 + (-14.7)
となる。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。右向き(正の向き)から左向き(負の向き)の力をひくという考え方でいいのでしょうか？教えて下さるとありがたいです。

お礼日時：2023/09/30 16:05