ウォーターサーバーとコーヒーマシンが一体化した画期的マシン >>

 運動エネルギーが摩擦により減少するのは、摩擦力が仕事をしたためであると思っておりました。その際に摩擦により熱が発生することはイメージできるのですが、なぜ摩擦により熱が発生するのかその理由がわかりません。
 質問1:摩擦により運動エネルギーが減少するのは、(1)摩擦力による仕事のため、(2)熱が発生するため という理解で宜しいのでしょうか?
 質問2:なぜ、摩擦により熱が発生するのかその理由がわかりません。木と木をこすり合わせても熱が発生しますよね。木の場合、こすり合わせることで細胞が分子運動をするということなのでしょうか?
 おかしな質問かもしれませんが、どうか宜しくお願い致します。

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (4件)

 


 
>> 摩擦で物体側のエネルギが減るのは、摩擦が負の仕事だから、物体は負の仕事をされたから減るのは当たり前。 <<

 です。力学的エネルギの最初の定義は、「力とその方向に移動した距離の積」 ですね。

     物体
     ■移動方向→
     ←摩擦力ベクトルの向き(物体基準)

向きが反対だから掛けるとマイナス。この計算は実際の現象と一致してますね。ところが床の方は、

        物体から受ける力の方向(床基準)
         →
      ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄床

マクロな視点では動いてるものが無い! 上記の「最初の定義」で示せない。そのため従来は「たぶんこうだと言うお話」を導入してました。学生が疑義を向けても「信じろ」と語気が強くなるだけでした‥‥誇張して言えばそういう事です。 その「お話」はこんな実験↓などを支えにしてました。ジュールはビール会社の御曹司だそうです。
http://physics.uoregon.edu/~courses/dlivelyb/ph2 …

 「エネルギは絶対に収支決算が不変なはずだ」というのは熱力学の方で得られた確信なのですが、実は現在でもまだ経験則、まだ一度も破れたことのない経験則でしかないのです。上記の「予想のお話」とおなじレベルなのです。 上記の摩擦の方は、実証責任をこっちの方に任せただけの状況です。 現在は摩擦の実態が原子レベルで観察できるようになりましたが、そこでもエネルギ保存則の反証は見あたらないようです。

なので、

>> 減少した移動物体のエネルギが、結局は力学的エネルギは保存されていると説明されてもなかなか理解できません。 <<

 こう言われても正直どうしようもないです。「今のところ破れたことはありませんので‥」と歯切れ悪く言うしかないです。
( こう仮定すれば保存則が成り立つ、という仮定はあるんですが、その仮定の立証が‥という責任先送り状態です。)


>> ここでの熱エネルギは、摩擦による負の仕事全てが変換したのか一部か?

 エネルギの変遷は熱が主ですが全てではありません、「長男一子相伝」みたいに熱だけになるのではありません。例えば熱と化学変化が共に可能な状況なら両方の変化が起きます。金属結合は当たり前に起きます。金属の棒が曲がりっ放しになるようなミクロな組織の永久変形の形にもなり得ます。表面が削りはがれる永久変形もあります。電気エネルギにもなるのは摩擦電気の文字の通りです。固体では分子原子は動き回れず多くの場合なにがしかの微細な結晶構造になってます、よく「この前の大地震の前に岩盤が割れた光が見えた」とか噂話がありますが、結晶は壊れるときそれなりに光を出します、氷砂糖での実験などは定番です。
http://www.geocities.jp/take_sh2002/jikkenn/easy …
http://portal.nifty.com/koneta05/09/10/02/
意外性を追うと切りがないですね。
( 摩擦で何に変わるかの話と、熱力学的エントロピの話(巡り巡って最後はすべて熱平衡へ‥という説話)を混同しないでください。)


>> 熱エネルギになる場合は、摩擦面の原子運動が大きくなり、運動物体からのエネルギの一部が変換したものでしょうか? <<

 ( 化学変化などのエネルギ放出源が無いものとして) その通りです。エネルギ保存則が破れてなければ熱になるエネルギの源は運動物体由来しかありません。ただ、分子や原子の何がどうなるのかの詳細はくどい話が必要ですが、振動になります。個々の原子がブルブル揺れてるようなイメージでお考え下さい。



 余談;
物理学を独学されてるとのこと、頑張ってください。摩擦つながりでこんなQ&Aもあります。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1822250
学習は、細大漏らさず緻密に後略しようと思わず、ある程度ラフに進んでは戻りを繰り返すのが良いです。細部にこだわって停滞すると熱を失うきっかけにもなりますので。 さらりと過ごしてる所をほじくると実は底無しだったというのが至る所にありますんで、それ全部を埋めつつ進むのは無謀ですから。実際、理系の学生は追われまくって飛び石で進んでまして、骨組みがしっかり落ち着いて肉が付いて来るのは歳を経てからです。これはどの分野でもそうです。モノにするには長く興味を持ち続けること(熟成期間)が必要です。
 
 
    • good
    • 2
この回答へのお礼

Teleskope 様。いつもいつもご丁寧なるご回答ありがとうございます。これからも自分なりに物理学を探求していきたいと思います。感謝申し上げます。

お礼日時:2005/12/25 14:13

まず、エネルギーの移動という観点から考えれば、摩擦という現象は、


物体の運動エネルギーが熱や音のエネルギーに変換されて減少していく、
ということが全てです。

「摩擦力」というのは、そのようなエネルギー変換の過程で物体に加わる力を、
すべてまとめて(合成して)一つの力として表したものです。
実際に摩擦力を構成する個々の力は、例えば粗い床の上を物体がすべる場合なら、
床を構成する分子のそれぞれが物体に及ぼす力です。
それらの合力が「摩擦力」として観察されるわけです。

また、「摩擦力のする仕事」というのは、そのエネルギー変換の過程で、
(上述の例で言えば)物体から床へ受け渡されたエネルギーを
一つにまとめて表したものです。
それぞれの分子は物体に力を及ぼすと同時に、反対向きで同じ大きさの力を
物体から受けます(作用反作用の法則ですね)。
その力によって個々の分子は仕事をされ、運動エネルギーを持つようになります。
このようにして分子へと受け渡された運動エネルギーを、ひとつにまとめて
「摩擦力による仕事」と呼ぶわけです。

以上を踏まえて質問に答えると、

>質問1:摩擦により運動エネルギーが減少するのは、(1)摩擦力による仕事のため、(2)熱が発生するため という理解で宜しいのでしょうか?

上記のように、これら二つは同じ現象を違う視点から述べたものに過ぎません。
摩擦力の実体は床を構成する分子の力なのですから、「摩擦力が負の仕事をした」
というのは「床を構成する分子が正の仕事を受けた」というのと同義です。
仕事を受けた床の分子は運動エネルギーを得、それが熱として観察されるわけです。

>質問2:なぜ、摩擦により熱が発生するのかその理由がわかりません。木と木をこすり合わせても熱が発生しますよね。木の場合、こすり合わせることで細胞が分子運動をするということなのでしょうか?

まず、後半についてはそのとおりです。
(正しくは「細胞が」ではなく「細胞を構成する分子が」ということですが)
前半については、もうここまでくればお分かりでしょうが、
「摩擦により熱が発生する」のではなく、上述のエネルギー移動現象全体が「摩擦」であり、
その摩擦現象の一部分が、床を構成する分子の運動エネルギーの増加、すなわち「熱の発生」なわけです。
「摩擦」と「熱の発生」は原因・結果の関係にあるのではなく、
摩擦という現象を構成する一部分が「熱の発生」だということです。
    • good
    • 1
この回答へのお礼

ご丁寧な説明本当にありがとうございました。大変参考になりました。これからも物理学の理解に努めていきたいと思います。最近、物理学に関心を持っている社会人です。これからもどうぞ宜しくお願い致します。

お礼日時:2005/12/06 11:46

 


 
 過去の回答です、No.4が参考になりませんか
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1324042
 
 

この回答への補足

 Teleskope様ありがとうございます。大変参考になりました。確認させていただきたいことがあるのですが、摩擦力のある面において、運動している物体の運動エネルギーが減少するのは摩擦力によって負の仕事がされたからですよね。ということは物体は負の仕事をされたのだからその分運動エネルギーが減少するのは当たり前ですよね。減少した運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、結局は力学的エネルギーは保存されていると説明されてもなかなか理解できません。なぜなら、運動している物体の運動エネルギーが減少するのは摩擦力によって負の仕事がされたからです。
 ここで、熱エネルギーの大きさはこの摩擦力による負の仕事全てが変換したものなのでしょうか?
 それとも摩擦力による負の仕事の一部が変換したものなのでしょうか?
 または、熱エネルギーは摩擦によって摩擦面の物体を構成している原子の運動が大きくなり、運動エネルギーの一部が変換したものなのでしょうか?
 お手数おかけ致しますが、どうか宜しくお願い致します。

補足日時:2005/12/05 13:23
    • good
    • 0

質問2:摩擦がまったくなければ、振動も音もしないらしいです。



で熱について考えた場合、熱とはなにかと言うようになるのですが、最終的には振動によるものといわれています
極端に言えば、人間も振動しています、電波も振動、熱も振動、光も振動

つまり擦って振動したときに 熱の振動に近かったら
熱くなり、音の振動に近ければ音になる
ってことだと思います。
    • good
    • 1

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q斜面を円柱が転がる問題について質問です!

斜面を円柱が転がる問題で、円柱が滑らず転がる場合の静止摩擦係数を求めよと言われたら、普通に
MgsinθがμMgcosθより大きい時でいいんでしょうか?
 それとも角加速度などを考えないといけないんでしょうか?

ちなみに

円柱を考える場合は、摩擦が無い→滑る
          摩擦がある→摩擦係数がある値を超えると転がり、それより小さい場合は滑る

といった感じで解釈していいんでしょうか?

Aベストアンサー

円柱が転がる場合には、ご自分で気付いている通り
角加速度が関わってきますので、
回転運動の方程式を考えなければなりません。

並進運動の方程式 Ma=Mg sinθ - f
回転運動の方程式 Iω'=f r
を考えます。
ここで、fは円柱が受ける摩擦力、rは円柱の半径です。
Iは円柱の慣性モーメントで、この円柱の場合はMr^2/2となります。

転がる場合には、
a=rω'
すべる場合には
a>rω'
という条件を考えてやれば、
結果的に、転がる場合の静止摩擦係数を導くことができます。

たぶんμ>1/3tanθになる…と思います。

後半の解釈の部分についてはあっています。

Q摩擦と速度の関係について

摩擦力について質問です。
ある物体に摩擦力Nを加えて移動させたとき摩擦係数をμとするとF=μNとなり、物体の移動速さは問題となりません。しかし、僕には同じ摩擦力でも速く移動させたほうが大きな摩擦力がかかる気がしてなりません。
本当に摩擦力に速さの項は関係しないのでしょうか?

わかる方がいましたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

>本当に摩擦力に速さの項は関係しないのでしょうか?
どういう次元の話をされているのかによります。
理論的なモデルにおいて理論的な話であれば速度は関係しません。
厳密に言えば静摩擦と動摩擦では静摩擦>動摩擦の関係となりますから、速度0とそれ以外は同列に扱えませんが。

現実の物体で試験したときにどうなるのかというと話は変わってきます。
日常的に感じることのできる摩擦係数の速度依存では、速度が大きい方が摩擦抵抗は小さくケースが多いと思われます。
たとえば非常に重たいものを滑らせて移動させる場合、勢いよく速度をつけて移動する方がやりやすく、低速で移動する方が力が必要になります。

これは単純に言うと、摩擦は要するに2つの面の凹凸のかみ合いが作り出していると考えれば、速度が速くなっていくと、いちいち凹凸がかみ合わずに凸部分のみがあたるようになっていきます(つまり若干浮き気味になる)。
そうすると摩擦抵抗が小さくなるわけです。

ただこれはその面に非常に強い力が加わるし、そのエネルギーは熱になりますので、あまりやりすぎると面が損傷してきます。そうするとある速度以上では急激に摩擦抵抗が大きくなります。これを限界PVといいます。

ちなみに摩擦についていうとこのほか液体の摩擦などもあり、この場合には速度が速いほど摩擦が大きくなるというものもあるので、必ずしも速度と摩擦係数の関係は一般的にはいえません。

>本当に摩擦力に速さの項は関係しないのでしょうか?
どういう次元の話をされているのかによります。
理論的なモデルにおいて理論的な話であれば速度は関係しません。
厳密に言えば静摩擦と動摩擦では静摩擦>動摩擦の関係となりますから、速度0とそれ以外は同列に扱えませんが。

現実の物体で試験したときにどうなるのかというと話は変わってきます。
日常的に感じることのできる摩擦係数の速度依存では、速度が大きい方が摩擦抵抗は小さくケースが多いと思われます。
たとえば非常に重たいものを滑らせ...続きを読む

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Q運動エネルギーと熱エネルギー

運動エネルギーと熱エネルギーについて教えてください。

物理学は門外漢です。

ただエネルギーは理論上消滅しないと思っています。

最近熱エネルギーが意外と大きいのではないかと思うようになりました。

それで、いろいろ計算方法を調べますが、全くわけがわかりません。

簡単な事例を示しますので、これで説明してもらえませんか。

100m四方の立方体に水が満タンに蓄えてあります。小さなダムと言えると思います。

この水を放水して全て流してしまうと、位置エネルギーが放出(平均高さ50m)されます。そのエネルギーがすべて水に吸収される(蒸発などは考えない)と、水の温度はどれだけ上昇するのでしょうか。

初心者にもわかるように解説してもらえませんか。

また、エネルギーの浪費がなく100%効率的に熱エネルギーが取り出せるとすれば、理論上、その温度差を利用して、上の量の水を元のダムに汲み上げることが出来る(位置エネルギー)のでしょうか。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>>>
この水を放水して全て流してしまうと、位置エネルギーが放出(平均高さ50m)されます。そのエネルギーがすべて水に吸収される(蒸発などは考えない)と、水の温度はどれだけ上昇するのでしょうか。

恐れながら申し上げますが、
ここまでのご回答では、#4様のご回答が最も正解に近いです。
ただ、
「流れている水の流れが自然に止まることはありません。必ず水以外のものの存在が必要です。」
とありますけれども、
水自身の粘性抵抗によっても水の運動は減衰します。

整理しますと、

1.水を放出する
2.位置エネルギーは、いったん、運動エネルギーに変わる
3.運動は、他の物体との摩擦や水自身の粘性抵抗によって減速する
4.減速するにつれて、減速分が熱エネルギーに変わる


>>>
また、エネルギーの浪費がなく100%効率的に熱エネルギーが取り出せるとすれば、理論上、その温度差を利用して、上の量の水を元のダムに汲み上げることが出来る(位置エネルギー)のでしょうか。

もしも効率100%ならできますが、そういう熱機関や発電機関が理論上存在しないのでできません。

>>>
この水を放水して全て流してしまうと、位置エネルギーが放出(平均高さ50m)されます。そのエネルギーがすべて水に吸収される(蒸発などは考えない)と、水の温度はどれだけ上昇するのでしょうか。

恐れながら申し上げますが、
ここまでのご回答では、#4様のご回答が最も正解に近いです。
ただ、
「流れている水の流れが自然に止まることはありません。必ず水以外のものの存在が必要です。」
とありますけれども、
水自身の粘性抵抗によっても水の運動は減衰します。

整理しますと、

...続きを読む

Q衝突した台車が及ぼす力について

僕が読んでいる教科書で次のような記述があったのですが、よく分からないところがあります。

「今、ある速さの台車を厚い本にはさんだものさしに当てて止めるとする。ものさしの質量が台車の質量に比べてじゅうぶん小さいときは、台車のする仕事は、摩擦力に逆らってものさしを押す仕事だけと考えてよい。
ものさしに衝突した質量m、速さvの台車は、摩擦力に等しい大きさの力Fをものさしに加え続ける。この間に、台車はその反作用として逆向きの力-Fを受けるため、減速され、時間tのあとに止まる。」

この記述の中で、「ものさしに衝突した質量m、速さvの台車は、摩擦力に等しい大きさの力Fをものさしに加え続ける」という部分がよく分かりません。
ものさしに衝突した台車は一定の力Fをものさしに加え続ける、と解釈すると思いますが、ものさしに衝突した台車の速さは徐々に減少するので、ものさしに加え続ける力も一定ではなくて徐々に減少するのでは、というイメージがあります。この考え方はどこが間違っているのでしょうか?

また、ものさしの摩擦力に関しても、上の記述では台車が衝突している間は常に一定の摩擦力が発生している、と解釈できそうですが、衝突されたものさしの動き方は始めは激しく、そして徐々に穏やかになり止まるはずなのに、その間に発生する摩擦力はなぜいつでも一定なのでしょうか?
僕のイメージではものさしの摩擦力は始め大きく、次第に小さくなっていくような気がするのですが。。。
この考え方はどこが間違っているのでしょうか?

どなたがコメントしていただけると幸いです。

僕が読んでいる教科書で次のような記述があったのですが、よく分からないところがあります。

「今、ある速さの台車を厚い本にはさんだものさしに当てて止めるとする。ものさしの質量が台車の質量に比べてじゅうぶん小さいときは、台車のする仕事は、摩擦力に逆らってものさしを押す仕事だけと考えてよい。
ものさしに衝突した質量m、速さvの台車は、摩擦力に等しい大きさの力Fをものさしに加え続ける。この間に、台車はその反作用として逆向きの力-Fを受けるため、減速され、時間tのあとに止まる。」

この...続きを読む

Aベストアンサー

 
 
>> 台車の速さは徐々に減るので、押す力も徐々に減るのでは、とイメージしてしまいます。これは間違いでしょうか? <<

>> 摩擦力も、動きは始めは速く徐々に遅くなって止まるのに、その間、摩擦力はなぜ一定なのでしょうか?僕のイメージでは摩擦力は始め大きく、次第に小さくなっていくような気がするのですが。。。 <<

 これらは全く別々の事なので分けて説明します。
まず因果関係を明言しておきます; 原因は後者で、その結果が前者です。
後者で発生する力が台車を「後ろ向きに押すから」台車は後ろ向きに加速、すなわち最初持ってたスピードが減ります。



1.速さの変化と力の関係

  加速度 = (加えられた力)/(質量)
   速度 = (最初からあった速度)+(加速度)×(加えられた時間)

ですよね。上を下に入れると、

   速度 = (最初からあった速度)+(加えられた力×時間)/(質量)
     V =           Vo  +       F   t  / m

短く書くと
   V = Vo+Ft/m
です。
もし Vo と F が逆向き(どっちかがマイナス)だと 引き算になる つまり速度は減って行く、これはいいですよね。で、
  y = aX+b
は直線の式だってのは分かりますよね、変数Xが時間tだとすると、
  V = (F/m)t+Vo
と、式の見た目を合わせると、これも直線の式ですね。つまり(君の動物本能に反するけど、冷静に見ると)速度は直線的に減ってる、ということです。ただし「Fが一定なら」という条件付きですよ! この機会に君の本能的イメージをヴァージンアップしましょう。

  力一定なら速度変化も一定

これは超役立ちます。
 で、「Fは一定」は、摩擦のメカニズムの方から 一方的に与えられるのです。「摩擦力は速度が変わっても変わらない」という、これも君の経験常識に挑戦してくる現象ですね。こっちは根が深いです。



2.固体摩擦のモデル
 まず、こんな思考実験を。

      指
      U → 爪を立てて動かす。
   ||||||||||||||||
   クシの歯

爪は歯の一本一本を曲げるので、元に戻ろうとする力を受けます。爪の進行方向と反対向きに。すなわち動きに抵抗する力です。 爪を軽く乗せて動かすと少しの抵抗力ですが、爪を強めに押しつけながら動かすと(歯を大きく曲げるので)抵抗力は大きい。 これ、摩擦力と似てますね、爪を上から押しつける力が「荷重」で 横に動かすときの抵抗力が「摩擦力」です。 荷重が大きいと摩擦力が大きいことのモデルになってますね。
 では、動かすスピードで変化するのか。よく考えれば分かりますが、歯の曲がりには速度に関係した話は無いから、ひどく速く動かさないかぎり「摩擦力は速度によらず一定」のモデルになってます。 (指の方が歯の力に負けて振動しちゃうと、次の歯に食い込む深さがスピードによって違ってくるので「爪は負けない振動しない」という条件付きです。)

 さて、厚く重い本に挟まった物差し。紙の繊維は上記の歯のように凸凹です。紙をなでると分かるように細かな繊維粉があります。この粉が間でベアリングボールのように 物差しに引きずられて動き、凸凹を上記の爪のように…話はうまく行きそうですね!

 だがしかし、
紙の粉と物差しプラスチック表面の間の摩擦は? 粉が無い材質の場合は? クシの歯のモデルの方も、爪の先端と歯の表面の間の摩擦は? こう考えると、もう一段細かく考えないといけない… 最後は 分子原子同志の摩擦力に行き着きますよね。
 で、固体同志の摩擦のメカニズムの確信を得たのは、原子一個どうしの力を測れる顕微鏡(AFM)などが発明されたのちでした。 それ以前は「実験してみたら一定だから、これをこのまま事実として受け入れなさい、」のような歯切れの悪いことしか言えない時代が長く続いてました。

原子レベルのモデル

         /ヒモに付けた磁石を引っ張る
        /
      ● →
   ● ● ● ● ● 
   丸い磁石が一定間隔で並んでる

ペタッとひっ付いてる磁石をヒモで引くと、吸引力が負けた瞬間に離れて、となりの磁石にペタッと。 なんか「クシと爪のモデル」と大差なさそうですね。 荷重でどうなるのか?磁石の力が変わるのか? そうではなく、ヒモ付き磁石の数が増えるのです。数が増せば引き離す力も比例する。 現実の物質の表面は、原子レベルで見るとものすごい凸凹で、物体同志を摺り合わせても互いに触る分子原子は、とんがった先端の ほんのわずかなのです。荷重をかけると 先端が押しつぶされて 触れあう面積が増す。 そんなメカニズムです。


 以上、話を見えやすくするため非道く物語り化してます。これも、受験物理レベルでは「速度で変わらないんだ」と丸暗記でしのいでください、今回も同じことを言って申し訳ないですが。
 絵的に参考になりそうなのを探してみました。
↓2ページ目の左上の図。文章の方は難しい事を書いてますんで放置で。
http://www.ap.seikei.ac.jp/ntechlab/prb54_2138.pdf
↓以前はこんなふうに測定してました、という図
http://ssro.ee.uec.ac.jp/lab_tomi/research/sotsuron98/1999ohta.jpg
↓「荷重と摩擦力は比例(直線関係)」はどこまで成立してるのか…という図が最後にあります。
http://www.mpip-mainz.mpg.de/documents/akbu/pages/particles.htm



関係ない余談;
力と加速度のイメージ作りに;
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1171639
固体でない場合の抵抗力
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=908588
 
 

 
 
>> 台車の速さは徐々に減るので、押す力も徐々に減るのでは、とイメージしてしまいます。これは間違いでしょうか? <<

>> 摩擦力も、動きは始めは速く徐々に遅くなって止まるのに、その間、摩擦力はなぜ一定なのでしょうか?僕のイメージでは摩擦力は始め大きく、次第に小さくなっていくような気がするのですが。。。 <<

 これらは全く別々の事なので分けて説明します。
まず因果関係を明言しておきます; 原因は後者で、その結果が前者です。
後者で発生する力が台車を「後ろ向きに押すから」...続きを読む

Q蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Q熱の正体は分子の振動、ではそのエネルギーの正体は?

 熱の正体は、分子の振動!よく解りました。
では、分子を振動させるエネルギーの正体とは
一体なんなのでしょうか?分子が振動させるた
めには、どのような作用が働くのでしょうか?
エネルギーって、言葉自体が漠然としていませ
んか?イメージ出来ません。ぜひ又、ご教示を!

Aベストアンサー

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A-B 間の距離も変化しないでしょう(原子は大きいので、零点振動は無視しますね)。この時のA-B 間の相対位置を基準位置とします。この分子にとっては、この相対位置が安定なのです。

この分子が振動するには、何らかの力が必要です。叩いてもいいし、どうにかして分子中の電子分布を変化させてもいい。そのような何らかの力によって初速度?をもった分子は、”基準位置に戻ろう”とします。つまり、分子は何らかの力を受けたため安定でなくなり、”安定になろうとする能力”、すなわち”エネルギー”を受けたことになります。あとは振り子の場合と同じで、「運動エネルギー」と「位置エネルギー」の交換が起き続けることになります。これが振動の原理ということになります。まあ、巨視的な振動と基本的には同じですね。

最初の初速度は何によってもたらされたのかは、たぶん宇宙誕生と関わりが在ることなのでしょうね。そちらは専門ではないので、代わりにこのような分子の振動が変化する場合はどういう場合かついて2つ述べましょう。

まず一つは、atsuotaさんと同じく、分子間の衝突が上げられますね。

もう一つは、光(=電磁波;分子の振動に対しては、赤外線)によるものです。これは、分子が荷電粒子(電子・陽子)の集合体であるためで、それらと電磁波における”(振動)電場”とが相互作用します。

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A...続きを読む

Q摩擦によって金属の温度は何℃上がるの?

科学にうといものです。教えて下さい。
5℃の金属の棒の一端を摩擦により暖めると、もう一端が25℃に上がりました。
40℃の金属の棒を使って全く同じ方法で一端を摩擦すると、もう一端は何℃になるのか??
少ししか温度は上がらないような気がするのですが、どうやって計算したらいいのかさっぱり分かりません。
物理学にお詳しい方に、子供にも分かるような説明をお願いいたします。

Aベストアンサー

金属の温度が高い状態のほうが暖まりにくい気がするという感覚はいいと思いますよ。

5?のときと40?のときでは比熱がことなりますから、1?上げるのに必要な熱量は変わります。つまり同じように摩擦しても上昇温度は違うわけです。

Qエクセル STDEVとSTDEVPの違い

エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
では、STDEVとSTDEVPの違いは何なのでしょうか?統計のことは疎く、お手数ですが、サルにもわかるようご教授頂きたく、お願い致します。

Aベストアンサー

データが母集団そのものからとったか、標本データかで違います。また母集団そのものだったとしても(例えばクラス全員というような)、その背景にさらならる母集団(例えば学年全体)を想定して比較するような時もありますので、その場合は標本となります。
で標本データの時はSTDEVを使って、母集団の時はSTDEVPをつかうことになります。
公式の違いは分母がn-1(STDEV)かn(STDEVP)かの違いしかありません。まぁ感覚的に理解するなら、分母がn-1になるということはそれだけ結果が大きくなるわけで、つまりそれだけのりしろを多くもって推測に当たるというようなことになります。
AとBの違いがあるかないかという推測をする時、通常は標本同士の検証になるわけですので、偏差を余裕をもってわざとちょっと大きめに見るということで、それだけ確証の度合いを上げるというわけです。

Q熱エネルギーから運動エネルギーに変えて利用する日常的なものを 教えてく

熱エネルギーから運動エネルギーに変えて利用する日常的なものを 教えてください!

Aベストアンサー

再びお邪魔します。

お盆のときに仏壇の前に飾る「回り灯籠」(まわりどうろう)は、とうろうの中にある筒の内部で、電球の熱で暖められて軽くなった空気が上昇することを利用して筒が回るという、風車みたいな構造になっています。

こんなのです。
http://momotaka.blogzine.jp/nandaka/2005/08/post_c884.html


人気Q&Aランキング