摩擦係数の測定

目的

• 斜面の傾斜をしだいに大きくしてゆき、木片が滑り出す角度から、摩擦係数μを求める。

準備

• 木板、プラスチック板(下敷きなど)、木片、分度器、おもり、糸、雑巾

方法

1. 木板にプラスチック板を貼り付ける。斜面の角度を測定するため、図のように分度器をとりつけ、分度器の中心からおもりを下げる。
2. プラスチック板を乾いた雑巾でよく拭いてから、木片を置き、板を水平な状態からゆっくりと傾斜を増してゆく。
3. 木片が滑り出す角度を分度器で読み取る。測定は３回行い、平均をとり、θ1とする。（実験１）
4. 木片を置く面を変えて、接地面積を変え、同様の実験をし、θ2とする。（実験２）

※プラスチック板は、毎回拭く。また、木片は同じ位置に置くようにする。

処理

(1) 摩擦係数μを求める式

木片の重さをｗとすると、
　ｗの斜面に平行な力の成分（木片が滑りおりる力）は、　－－<1>
　また、垂直抗力の大きさは、　　となるので
　最大摩擦力の大きさは、　　　　である。－－<2>

木片が滑り出す瞬間は、<1>と<2>が等しい。
　∴　 ＝
　よって、摩擦係数は　　で計算できる。

(2) 「三角関数の表」の正接(tan)の値から「静止摩擦係数」を求める。

実験１：　μ＝0.3365

実験２：　μ＝0.3307

考察

1. 板の傾斜を大きくしていくと、垂直抗力はどう変化するか。
   
   板の傾斜θが大きいほど、木片の重さwの斜面に平行な力の成分(w×sinθ)は大きくなり、斜面に垂直な力の成分(w×cosθ)は小さくなる。垂直抗力の大きさは(w×cosθ)に等しいので、垂直抗力は大きくなる。
2. 摩擦係数が大きくなるとθはどのように変化するか。
   
   摩擦係数を求める式（μ=tanθ）から、摩擦係数が大きいほどtanθの値も大きくなる。tanθの値は、θが大きいほど大きくなる。
3. 実験１、２の結果を比較して、摩擦係数と接地面積はどんな関係があるか考える。
   
   摩擦係数は接地面積には関係ないと判断できる。

実験プリントｐｄｆファイル