質問: 物理学の質問です。この問題では前後輪のうち後輪のみが空転しています。このとき空転している後輪には摩擦 物理学の質問です。この問題では前後輪のうち後輪のみが空転しています。このとき空転している後輪には摩擦力が発生しないため、進行方向の運動方程式は mα=-μn1 だと考えたのですが、どこが違うのでしょうか。教えてください。
回答: μとは何? 後輪の「動摩擦係数」なのかな? まずは、車の外の「地面」の座標系で考えよう。 進行方向を正とすれば、「駆動輪である前輪が加える力」を f1、「引きづられて空転する後輪の摩擦力」を f とすれば、車にかかる「合力」は f = f1 + f となる。 この力が働いて、質量 m の車に a の加速度が発生するのだから、運動方程式は f1 + f = ma 1 となる。f は進行方向と逆向きなので f = -μn1 となり、1は f1 - μn1 = ma 2 となる。 あなたの考えた運動方程式はこの考え方でしょう。 ただ、その場合には「前輪の駆動力 f1」を入れなければいけません。 次に、「車の上の座標系」で考えると、車は静止しているように見えるので、「前輪の駆動力 f1」は消えます。 また、車の「加速度」は、逆向きの慣性力(車が前向きに加速しているなら、後ろ向きに倒されるように働く)が働くので、逆向きの加速度 -a が働いているように見えるため、結果として2は -μn1 = -ma → ma = μn1 となります。 「車の上の座標系」だと、車は止まっているのに「後輪の摩擦力」が働いているという「直感的に分かりにくい」状態なので、「地上の座標系」で考えてから「車の上の座標系」に移すことを考えた方が分かりやすいです。