摩擦力

目的

• 垂直抗力と摩擦力の関係（Ｆ＝μＮ）について調べ、摩擦係数を求める。また、接触面積と摩擦力の関係について知る。

準備

• 木片、おもり(100g×４個)、プラスチック板(下敷きなど)、雑巾　　

方法

実験１．最大摩擦力Ｆ₀（滑り出す瞬間のはかりの読み）の測定

ア．下敷きの上に、木片のＡ面を下にして置く。
イ．下敷きの上に、木片のＢ面を下にして置く。

1. ア，イの２通りの場合について、それぞれおもりを０～４個乗せ、ばねはかりを水平に静かに引き、木片が動き出す瞬間のはかりの読みＦ₀を測定する。
2. 木片とおもりの重さ（垂直抗力Ｎ）とＦ₀の関係をグラフに描き、その傾きから、静止摩擦係数μを求める。

実験２．動摩擦力Ｆ’（等速運動時のはかりの読み）の測定

1. アの場合について、おもりを０～４個乗せ、ばねはかりを水平に引き続け、木片が等速運動しているときのはかりの読みＦ’を測定する。
2. 木片とおもりの重さ（垂直抗力Ｎ）とＦ'の関係をグラフに描き、その傾きから、動摩擦係数μ'を求める。

※測定は何度か繰り返し、ほぼ一定の値が得られたら記録する。また、下敷きは測定の度によくふき、木片は毎回同じ場所に置くようにする。

測定結果

●Ｗ[gw]：木片の重さ
●Ｎ[gw]：垂直抗力（Ｗ＋おもりの重さ）
●Ｆ₀[gw]：最大摩擦力　
●Ｆ'[gw]：動摩擦力

処理

実験１　Ｆ0－Ｎグラフ	実験２　Ｆ'－Ｎグラフ
グラフの傾きから求めた静止摩擦係数μ 　（ア）　０．３２ 　（イ）　０．３１	グラフの傾きから求めた動摩擦係数μ' 　（ア）　０．２７

考察

1. 実験結果から、摩擦力（Ｆ₀，Ｆ'）と垂直抗力、および接触面積は、それぞれどんな関係にあると考えられるか。
   (A) 摩擦力と垂直抗力：
   
   最大摩擦力、動摩擦力はどちらも垂直抗力に比例している。
   また、動摩擦力は、物体の速さにほとんど関係しない。
   ・理由：
   
   いずれのグラフも原点を通る直線と見なせる。動摩擦力は、物体の速さが異なってもほぼ同じ測定結果になる。
   (B) 摩擦力と接触面積：
   
   摩擦力は接触面積に無関係と判断できる。
   ・理由：
   
   摩擦係数は（イ）の方がわずかに小さくなったが、接触面積の差を考えると誤差の範囲であり、摩擦係数は（ア），（イ）ほぼ等しいと判断できる。
2. μとμ'との大小を比較し、考察する。
   
   動摩擦係数の方が小さいことから、運動し始めると摩擦力は小さくなることがわかる。
3. 誤差の原因について考察する。
   
   下敷きのわずかなホコリや湿り気によって、摩擦力は影響を受けやすい。そのため、測定の度に下敷きをよくふき、木片を同じ場所に置くように気を付ける。下敷きに発生する静電気は、木片を使うことで影響は少ないと考えられる。木片の面の状態が均一でないこと、木目があることも測定に影響を及ぼす。

実験プリントｐｄｆファイル