摩擦力

摩擦力での誤解、摩擦力の原因を完全ではないながらも説明します。

摩擦力での誤解

摩擦力は「静止摩擦力」と「最大静止摩擦力」と「動摩擦力」の3種類あるということ！

最大静止摩擦力の公式を学習すると、摩擦力とみればすぐに「ｆ=μN」とやりたくなりますが、
静止摩擦力は垂直抗力に比例しません。
静止摩擦力の大きさは「力のつり合いからしか求められません。
すなわち、床に置かれた物体を水平に引いたとき、 ・1 [N]で引いて動かなければ、静止摩擦力は 1 [N]。
・2 [N]で引いて動かなければ、静止摩擦力は 2 [N]。
　　↓　↓　↓
・10[N]で引いて動かなければ、静止摩擦力は 10[N]。
・10[N]を超えたところで動き出したら、最大静止摩擦力は10[N]。
このとき、10[N]＝μNとなります。
ですので、静止摩擦力であれば、すぐに「μN」と書かずに、「f」とだけ書く習慣を付けましょう。

摩擦の法則

※（１）（２）は、1699年アモントン（フランス）により発表。
※（３）（４）は、1779年クーロン（フランス）により発表。

（１）について

まず「みかけの面積」とはその物体の床の面の面積をのことです。
「摩擦力はみかけの接触面積によらない」とは、図のような箱を縦、横でおいても摩擦力の大きさは同じであるということ。

これはなぜかというと「真実接触面積」は上の図のどちらもほとんど変わらないからです。
物体は滑らかにみえても、ミクロレベルではかなり凹凸（0.001ミリ程度）があります。 そうした物体とそうした床が接触しているのは数点でしかありません。 こうして接触している面積を「真実接触面積」といいます。

（２）について

これは、�@「真実接触面積」が垂直抗力に比例すること、�A摩擦力は「真実接触面積」に比例することによります。
手のひらを床につけたとして、ギュッと押せばそれだけ「真実接触面積」が大きくなることは想像できるでしょう。
そして、摩擦力とは物体と床の間の分子間力（電気的な力）が原因です。
接触しているところでは分子間力が働いており、互いに引きつけあいます。これが摩擦力です。
「真実接触面積」が大きければそれだけ引きはがす力が大きく必要となるわけです。

（３）について

高校物理ではこのように「動摩擦力は速さによらない」として計算など行ってください。
しかし実際には速さによって変化します。基本的に速くなると摩擦は小さくなるようですが、
複雑なメカニズムで複雑な関数になるようです（勉強中）。
真実接触面が融解したり、真実接触面積が変化したりするのでしょうが･･･。

（４）について

静止摩擦係数が動摩擦係数よりも大きいということです。
これは実際に経験があるでしょう。重い物を動かすとき、動き出すとスーッと動くのはこのためです。