止まる・滑るを見分ける摩擦クイズ

答え：本と机の間のずれや、ずれようとする動き

摩擦力は、接している面どうしのずれや、ずれようとする動きを妨げる力です。机の上の本なら、本と机が接する部分で働きます。本を地球が引く力は重力で、摩擦力とは別の力です。どの面とどの面の間の力なのかを先に決めると、身近な場面でも力の役割を整理できます。

答え：静止摩擦

押されても床に対して滑っていない箱には、静止摩擦が働いて滑り出しを妨げます。「静止」は、接している面どうしがずれていないことに注目した名前です。摩擦は滑っている物体だけに働くわけではありません。動きが見えない場合にも、押す力を打ち消す力があるかを考えてみましょう。

答え：動摩擦

床に対して箱の底面がずれているときの摩擦を、動摩擦と呼びます。ここでは転がる車輪でなく、箱が滑る場合を考えています。動摩擦も接している二つの面の間の力で、箱が床に対して滑る動きを妨げます。箱を押す手の力や下向きの重力とは、働く理由も方向も区別して考えることができます。

答え：左向き

机に対して本が右へ滑ると、机から本への摩擦力は左向きになります。接触面に沿って、面どうしのずれを妨げる向きに働くためです。上向きに本を支える力は垂直抗力で、摩擦力とは別に描きます。「物体の進む向き」と「摩擦力の向き」を分けると、滑る本の力を見つけやすくなります。

答え：左へ4 N

箱が静止を続けるなら、水平方向の力はつり合っています。手で右へ4 Nの力を加えると、静止摩擦が左へ4 N働き、合計の力がゼロになります。Nは力の単位で、ニュートンと読みます。静止摩擦の大きさは、いつも決まった最大値になるのではなく、その範囲内で必要な分だけ変わります。

答え：滑り出す

最大静止摩擦力が10 Nなら、静止摩擦で12 Nの押す力を打ち消すことはできず、箱は滑り出します。最大という言葉は、静止を保つために出せる摩擦力の上限を表します。押す力に合わせて際限なく大きくなるわけではありません。滑り出した後は動摩擦の場面になり、重力も引き続き働きます。

答え：最大静止摩擦力のほうが大きい

多くの乾いた固体の組み合わせでは、同じ強さで面を押し付けると、最大静止摩擦力のほうが動摩擦力より大きくなります。重い箱が動き始める瞬間に、より強く押す必要があるのはその一例です。ただし、これはすべての材質で成り立つ断定ではありません。また、小さな力で止まっているときの静止摩擦そのものとは区別します。

答え：大きくなる

荷物を載せると床に押し付ける力が増え、床が箱を支える垂直抗力も大きくなります。同じ面の組み合わせに単純な摩擦のモデルを使うと、動摩擦力はこの垂直抗力に比例して増えます。水平にだけ押す条件なので、押す手による上下方向の力は加えません。摩擦は材質だけでなく、面を押し付ける強さにも関係します。

答え：面の性質によって摩擦の係数が違うから

摩擦の係数は、接している二つの面の性質を表す値です。木と木、金属と木など、組み合わせが変われば同じ押し付ける力でも動摩擦力が変わることがあります。片方の材質だけで決まる値ではないことも大切です。実際には表面の状態にも左右されるため、どの面どうしをどの条件で比べた値なのかを確かめて使います。

答え：必ずゼロになるとはいえない

摩擦は目に見える凹凸だけで説明できる力ではありません。接する面の分子どうしが引き合う働きも関係するので、表面がとても滑らかでも摩擦がなくなるとは限りません。凹凸を小さくすることと、あらゆる摩擦を消すことは同じではないのです。滑りやすさを考えるときは、表面の形だけでなく材質や面の状態にも注目できます。