重ねた2物体(一緒に動くか、滑るか)
着眼点まず「一緒に動く」と仮定して必要な静止摩擦力を出し、\mu N を超えたら滑る。滑ったら動摩擦力で物体ごとに別の加速度。
例題
1
なめらかな床の上に質量 2.0\ \mathrm{kg} の板を置き、その上に質量 1.0\ \mathrm{kg} の物体をのせた。板と物体の間の静止摩擦係数は 0.50。板を水平に引くとき、物体が板の上で滑らずに一緒に動ける最大の力を求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
物体を動かす力は板からの静止摩擦力だけなので、物体の加速度の最大は \dfrac{0.50\times1.0\times9.8}{1.0}=4.9\ \mathrm{m/s^2}。
一緒に動くので全体: F=(2.0+1.0)\times4.9=14.7
15\ \mathrm{N}
一緒に動くので全体: F=(2.0+1.0)\times4.9=14.7
15\ \mathrm{N}
2
上の板を 20\ \mathrm{N} で引いた。板と物体の間の動摩擦係数を 0.40 として、物体と板それぞれの加速度を求めよ。
解答
20\ \mathrm{N}>14.7\ \mathrm{N} なので滑る。動摩擦力 0.40\times1.0\times9.8=3.92\ \mathrm{N}。
物体(前向きに摩擦を受ける): 1.0a_1=3.92、a_1=3.92
板(後ろ向きに摩擦を受ける): 2.0a_2=20-3.92、a_2=8.04
物体 3.9\ \mathrm{m/s^2}、板 8.0\ \mathrm{m/s^2}
物体(前向きに摩擦を受ける): 1.0a_1=3.92、a_1=3.92
板(後ろ向きに摩擦を受ける): 2.0a_2=20-3.92、a_2=8.04
物体 3.9\ \mathrm{m/s^2}、板 8.0\ \mathrm{m/s^2}
注意摩擦力は作用・反作用で、物体と板に逆向きにはたらく。板にはたらく摩擦力を描き忘れやすい。