정지마찰력 운동마찰력(가상실험)

 

마찰력 

마찰력은 우리 생활과 아주 밀접한 관계가 있습니다. 마찰력을 줄이기 위해 노력하는 부분도 있지만 마찰력이 없으면 불편한 경우도 있습니다. 아래의 경우 마트같은 곳에 많이 있는 무빙워크입니다. 이 무빙워크는 마찰력이 커야 사람들이 미끄러지지 않고 안전하게 이동할 수 있겠죠^^

그리고 아래쪽의 동계올림픽 종목인 봅슬레이는 바닥과의 마찰, 공기와의 마찰의 최대한 줄여야 좋은 결과를 얻을 수 있을 것입니다.

자 그럼 지금부터 마찰력에 대해 공부해보기로 합시다. 이론과 실험(위의 가상실험)을 병행하면 좀 더 쉽게 학습하실 수 있다고 생각합니다. 

⑴ 마찰력：두 물체의 접촉면에서 상대 물체의 운동을 방해하도록 작용하는 힘을 마찰력이라고 한다. 마찰력은 항상 물체의 운동 방향과 반대방향으로 작용하며, 작용∙반작용에 의한 상호 작용력이다.

⑵ 정지 마찰력：수평면 위에 놓인 물체에 수평 방향으로 힘을 작용할 때, 물체가 정지해 있으면, 물체에는 외력과 크기는 같고 방향은 반대인 마찰력이 작용하는데, 이를 정지마찰력이라고 한다. 정지 마찰력의 크기는 일정하지 않다.

 

⑶ 최대정지마찰력：수평면 위에 놓인 물체에 수평 방향으로 작용하는 힘을 계속 증가시켜 주면 어느 순간 움직이는데, 물체가 움직이는 순간 작용한 마찰력을 최대정지마찰력이라고하며, 움직이는 순간 작용한 힘과 크기는 같고 방향은 반대이다.

① 수직 항력(N)：물체가 면으로부터 면에 수직한 방향으로 받는 힘으로 물체가 면에 작용하는 힘에 대한 반작용이다. 수평면에서는 물체에 작용하는 중력과 같다. 

N=mg

② 최대 정지 마찰력의 크기( f )：최대 정지 마찰력은 수직 항력에 비례하며, 

f=μN=μmg

로 나타낸다. 

최대 정지 마찰력은 접촉면의 넓이와는 상관없고, 수직 항력과 접촉면의 상태에 의해서만 달라진다.

③ 정지 마찰 계수(μ)：최대 정지 마찰력의 크기를 나타내는 식에서 비례 상수 μ를 정지마찰 계수라고 하는데, 접촉면의 성질에 따라 달라진다.

⑷ 운동 마찰력：물체가 움직이는 동안 접촉면으로부터 작용받는 마찰력을 운동 마찰력이라고 한다. 운동 마찰력은 외력에 상관없이 항상 일정한 값을 갖는다.

① 운동 마찰력의 크기( f')：최대 정지 마찰력과 같이 물체의 수직 항력에 비례하며,

 f'=μ'N=μ'mg

로 나타낸다. 

운동 마찰력도 접촉면의 넓이와는 상관없고 수직 항력과 접촉면의 상태에 의해서만 달라진다.

② 운동 마찰 계수(μ')：운동 마찰력을 나타내는 식에서 비례 상수 μ'를 운동 마찰 계수라고 하는데, 접촉면의 성질에 따라 달라진다.