1. 摩擦力の定義
摩擦とは、互いに接触している物体の表面間に働く抵抗力のことです。このトピックで研究する摩擦力は、接触している2つの固体表面間に働く摩擦力に関連しています。例えば、梁の底面と床面間の摩擦、靴底と床面間の摩擦、自動車の車輪と路面間の摩擦などが挙げられます。
物体同士が接触している表面には、たとえ表面が非常に滑らかであっても、常に摩擦力が働きます。滑らかな表面でさえ、実際には微細なレベルでは非常に粗いのです。物体が動くと、これらの微細な凹凸が動きを妨げます。原子レベルでは、表面の突起によって原子同士が非常に接近し、原子間の電気力が化学結合を形成し、動く物体の2つの表面が結合します。例えば、テーブルの上で本を押すと、本の動きは障害物に阻まれ、最終的に止まります。これは、結合の形成と解離によるものです。
物体の表面が別の物体の表面と擦れ合うと、それぞれの物体は互いに摩擦力によって作用します。動いている物体にかかる摩擦力は、常に物体の移動方向とは逆方向になります。摩擦は物体の動きを阻害するだけでなく、摩耗や損傷を引き起こすこともあります。これは自動車のエンジンで観察できます。例えば、オートバイのエンジンに潤滑油を塗布するのは、エンジン内部で発生する摩擦力を低減するためです。潤滑油を塗布しないと、自動車のエンジンはすぐに損傷してしまいます。これは、摩擦によって生じる損失の一例です。
2.種類 摩擦力
摩擦力には、静止摩擦力（f <sub>s</sub> ）と動摩擦力（f<sub> k</sub> ）の2種類があります。静止摩擦力は物体が静止しているときに働き、動摩擦力は物体が動いているときに働きます。テーブルを押してもテーブルが動かない場合、静止しているテーブルに働く摩擦力は静止摩擦力です。逆に、テーブルが動いているときは、テーブルに働く摩擦力は動摩擦力です。動いているテーブルを常に押し続けなければ、しばらくするとテーブルは止まります。テーブルが止まるのは、テーブルの動きを妨げる動摩擦力によるものです。
何か滑らかなものを踏んだときに滑った経験はありませんか？滑るとき、靴底やサンダルの底と滑らかな表面との間に働く摩擦力は動摩擦力です。これは、オートバイや車が濡れた滑らかな路面を走行し、車輪が滑るまでブレーキをかける状況と似ています。車輪が滑るとき、車輪の表面と路面との間に働く摩擦力は動摩擦力です。逆に、歩くときは、靴底やサンダルの底と床面との間に働く摩擦力は静止摩擦力です。同様に、車輪が滑らないときは、車輪の表面と路面との間に働く摩擦力は静止摩擦力です。
2.1 静止摩擦力
静止摩擦力とは、物体同士が接触していてまだ動いていない状態で、それらの表面に作用する摩擦力のことである。
図1は、平面上に静止している物体を示しています。物体がまだ動いていない場合、静止摩擦力（fs）は引っ張る力（F）よりも小さくなります。引っ張られ続けると、物体は動きます。物体が動き出すとき、静止摩擦力（f）の大きさはs）は、引張力（F）の大きさに等しい。
ニュートンの第一法則によれば、物体にかかる力の合計（合力）がゼロの場合、物体は静止している。
ΣF y = 0（物体は静止しており、垂直方向には移動しない）
N – w = 0
N = w (1.2)
式1.1のNを式1.2のNに置き換える。
f s = μ s w
f s = μ s mg (1.3)
fs = 静止摩擦力 (N)、μs = 静止摩擦係数、N = 垂直抗力 (N)、w = 重力 (N)、m = 質量 (kg)、g = 重力加速度 (m/ s² )
静止摩擦係数を求めたい場合は、式1.1bを使用してください。
Σf x = 0（物体は静止しており、水平方向には移動しない）
F – f s = 0
F = f s (1.4)
物体が動き始めると、最大静止摩擦力は押す力または引く力の大きさに等しくなります。
2.2 動摩擦力
動摩擦力とは、物体が移動しているときに、互いに接触している物体の表面に作用する摩擦力のことである。
動摩擦係数（ μk ）を求めるには、式1.5bを使用します。
図2は、物体が一定の速度で動くように規則的に引っ張られている様子を示しています。一定速度で動いているとき、動摩擦力（fk）の大きさは引っ張る力（F）の大きさと等しくなります。
ニュートンの第一法則によれば、物体にかかる力の合計（合力）がゼロの場合、物体は一定の速度で運動する。
ΣF x = 0（物体は水平方向に一定速度で移動する）
F – f k = 0
F = f k (1.6)
サンプル問題1：
学生が、テーブルの上に置かれた質量 1 kg の梁を、力計（力測定装置）を使って引っ張っています。梁が動き出すと、力計は 2 N を示します。重力加速度が 10 m/s² の場合、 (a) 静止摩擦力の大きさ、(b) 静止摩擦係数を求めなさい。
解決策：
既知：m = 1 kg、F = 2 N、g = 10 m/s² 、 w = mg = 10 N
(a) f s
梁が動くとき、静止摩擦力の大きさは引張力の大きさと等しくなります（式1.4を参照）。したがって、f s = F = 2 Nとなります。
(b) μs
f s = μ s w
2 N = (μ s )(10 N)
μs = 2N / 10N = 0.2
サンプル問題2：
テーブル表面上に置かれた質量 1 kg の梁を、一定速度で動くように定期的に引っ張る。梁が一定速度で動いているとき、ダイナモメーターは 1 N を示す。重力加速度が 10 m/s² の場合、 (a) 動摩擦力の大きさ、(b) 動摩擦係数を求めよ。
解決策：
既知値： m = 1 kg、g = 10 m/s² 、 F = 1 N、w = mg = 10 N
(a) f k
梁が規則的に動く場合、または一定速度で動く場合、動摩擦力の大きさは引張力の大きさと等しくなります（式1.6を参照）。
したがって、f k = F = 1 N
(b) μ k
f k = μ k w
1 N = (μ k )(10 N)
μk = 1N / 10N = 0.1
