物理です。 摩擦について質問です。

実験のラボレポートでこの質問について答えなければならないのですが、自分の答えがあっているのか自信がないので教えてください。
平らな木の板の上に別の木の小さなブロックをおき、そのブロックを、ニュートンばねばかりで木の板と平行の方向に引っ張り、摩擦力の大きさを測りました。その摩擦力の大きさと垂直抗力の大きさからμを求めるという実験です。質問はこの実験を月で行うとどうなるのかです。
私の考えは、垂直抗力は１/６に小さくなりますが、摩擦係数は変わらないと思いました。
したがってFf=FNμより月でこの実験をすると摩擦力は小さくなると予想しました。摩擦係数がかわらないと予測した理由は、摩擦係数はブロックと木の板の表面の性質（surface characteristics)によって決まるはずなので月へいったとしても同じ素材の木を使っているのだから変わらない、です。分かりにくい文章で申し訳ありません。よろしくお願いいたします。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2016/10/19 12:40

No.3です。

　言いたかったのは、「重力加速度を g として」と書かれた物理現象や運動方程式、その解などは、「地球上での重力加速度 g=9.8 m/s²」を前提に書かれているものではない、その g は「月の重力加速度」でも「月の重力加速度」でも同様に成り立つものだ、ということに「気付く」ことを求められているということです。
　教科書や参考書にも、「地球上の環境下の限定して議論する」などという限定条件は付いていないはずです。

　だったら、「摩擦係数」だって、同じはずですよね。

　その物理現象が、あたかも「地球上」でしか起こり得ないかのように「錯覚」している「常識」を、どこまで「思考実験」で一般化できるか、けっこう重要な「想像力」なのです。
　当然、その逆もあります。「質量」と「重量・重さ」などはその典型でしょう。

この回答へのお礼

何度も詳しく回答してくださり本当にありがとうございました。無事ラボレポートも終わって助かりました。ありがとうございます。

お礼日時：2016/10/24 11:08

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2016/10/17 12:54

No.2です。

No.2では、何となく「重力加速度が違い、他は同一条件」と仮定して書きましたが、「月で」といった場合には、#1 さんのように「真空」の条件も加える必要がある場合もありますので、レポートの条件も確認して考察してください。
（「月面の基地内で」の実験なら、空気はあるのでしょう）

そういうもろもろの条件を考慮しての「思考実験」です。

この回答へのお礼

お礼が遅くなってしまい申し訳ありません。私の他の質問にも答えてくださり、この質問も丁寧にご回答くださりありがとうございます。答えを見つけるだけにフォーカスするのではなく、その過程をしっかりと考えてもう一度やってみます。ありがとうございました。

お礼日時：2016/10/19 11:59

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2016/10/17 12:48

あなたのその「仮説」が正しいかどうかを、実験で確認するのです、本当は。

だけど月面での実験は簡単にはできません。

実験でそういう結果が得られたら、「仮説は正しい」といえばよいのだし、もし実験結果が違ったら、「仮説は間違っている」と結論付けるか、実験の特殊性からそういう結果になったので、「特殊性」を排除する「条件」を仮定すれば、やはり「仮説は正しいと言える」ことになるのか、そういったことを推論するのが「考察」です。

今回は、実際に実験で結果を得ることができないので、それを「思考実験」するのが課題なのですね。

つまり、
　地球上での重力加速度 g →　垂直抗力 m*g → 摩擦力 μ*m*g
　　　　　　　　　　　　→ もし質量が M= m*g2/g だったら、垂直抗力：M*g=m*g2、摩擦力は μ*M*g=μ*m*g2
　月面での重力加速度 g2 →　垂直抗力 m*g2 → 摩擦力 μ*m*g2 ?
　　　　　　　　　　　　　　　　 ← 地球上で質量が M= m*g2/g の場合と何が異なるか？
という思考実験です。
　もし必要なら、「上昇中のエレベータ」とか「下降中のエレベータ」を考えてもよいかもしれません。

　重力の大きさによって（あるはゼロになったとき）、教科書に書いてあることと異なる物理現象が起こりますか？　起こるとすれば、その境界条件は何ですか？　たとえば、今回の摩擦力の発生メカニズムについてはどうですか？

　そういう「思考実験」をしてみろ、というのがラボレポートの「課題」なのですね。
　それは「正解を得る」のが目的ではなく、どのように考えれば、既知の事実や法則から矛盾なく妥当な結論を得るか、という「訓練」です。「月面」という場所の制約や、「光速に近い」速度で運動している条件といった実際には実験が難しい場合に、どのように推論して結果を得るかということです。
　既知の法則や事実が、そもそも地球上でしか成立しないものなのか、という条件の「再点検」も含みます。

　得た結果が「正解」であれば、プロセスが何であってもOKという「マークシート方式テスト」とは全く違うものであることを理解する必要があります。「結果」よりも「プロセス」を要求されているのです。
　質問者さんの質問が「わけは分からないが、ヤマ勘で「摩擦係数は変わらない」と思うが、正しいですか？」と聞いているなら、それは問題外です。「それでよいです」という回答を得ても、それでは「問題解決」になりません。

　もし、きちんとした回答が得たいのなら、何故そう考えたのかのプロセスをきちんと書かないといけません。

No.1 回答者： mapascal 回答日時： 2016/10/17 10:06

真空中ということを考える必要があるかもしれませんね。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jvsj1958/14 …　御参考まで。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時：2016/10/19 11:59