質問: 摩擦係数・摩擦力について質問です。 摩擦係数・摩擦力について質問です。 中学の頃理科で習ったのですが、物体と物体の摩擦力は、その接触面積にはよらず、垂直抗力に比例すると。 また、摩擦力=摩擦係数×垂直抗力である。 摩擦力は静止摩擦力と動摩擦力があって、だいたい、静止摩擦力>動摩擦力の関係がある。 また動摩擦力は物体同士の速度によらない。(物体が変形してしまうほどの極端な速度である場合を除く) すると、なぜハイパワーな車のタイヤは太いのですか? 太い=接地面積が大きい(単純に正比例では無いと思いますが、だいたい比例)、ですが、車重が変わらないとしたら、垂直抗力は同じだから、摩擦力は同じになりませんか? 自動車は地面との摩擦力の反作用で前進するから、タイヤが滑らない限り加速することができる。→加速力が大きくなる。 ハイパワー車は加速力が特徴であるから、摩擦力を大きくするべく設計するはず。 それがタイヤの太さとどう結びつくのかが疑問点です。 昔からの疑問でした。 お分かりの方がいましたら宜しくお願いいたします。 お伺いしたいことは、『摩擦力と接地面積の関係です。中学で習った面積には関係ないというのが、疑問です。』
回答: いったい何を聞きたいのですか? 「摩擦力は接触面積と無関係に決まる」という、いまさらな話の理由を聞きたいのでしたら、次のような説明があります。 添付図のように、摩擦の面を規則的な凸凹と考えます。物体にかかる水平力(大きな青矢印)と鉛直力(大きな赤矢印)は、凸凹1個あたりの力に割り振って、斜面での力の分解を考えます。 水平力は、斜面に垂直なピンクのベクトルと、斜面に平行な紫のベクトルに、鉛直力は、斜面に垂直な黄緑のベクトルと、斜面に平行な緑のベクトルになります。 こう考えると、物体がすべり出すのは、紫のベクトル>緑のベクトルの条件が成立する時であり、結局のところ、鉛直力と水平力の大きさの比と斜面角度による係数で決まり、凸凹の数(つまり物体の底面積)とは無関係であることが分かります。