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대학 일반 물리 (Halliday 10판) 6장 힘과 운동-2 마찰력
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[마찰력] 정지마찰력과 운동마찰력은 어떻게 구분하는가? : 네이버 블로그

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[마찰력] 정지마찰력과 운동마찰력은 어떻게 구분하는가? : 네이버 블로그
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마찰력 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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마찰의 원인[편집]

마찰의 종류[편집]

같이 보기[편집]

참고[편집]

마찰력 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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정지 마찰력(force of static friction) | 과학문화포털 사이언스올

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정지 마찰력(force of static friction) | 과학문화포털 사이언스올
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정지마찰력 운동마찰력(가상실험)

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정지 마찰력과 운동 마찰력
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[마찰력] 정지마찰력과 운동마찰력은 어떻게 구분하는가?

정지마찰력

물체가 정지해 있을때는

물체와 바닥과의 접착이 요철처럼 맞물려 있는 상태입니다.

요:凹,철:凸

-손을 깍지낀 상태로 생각하시면 편합니다-

그러니까 옆으로 밀어도 잘 밀리지 않죠

운동마찰력

반대로 물체가 운동하고 있는 상태에서는

물체와 바닥이 위에서처럼 맞물려있지 않고 어긋나 있습니다.

-깍지를 풀고 두 손바닥을 모은 상태로 생각하시면 편합니다-

그래서 운동마찰계수가 정지마찰계수 보다 작습니다.

최대정지마찰력은 물체가 운동하기 ‘바로직전’의 상태이므로

외력이 최대정지마찰력에 도달해서 막 움직이기 시작하면

그 순간 정지마찰계수가 운동마찰계수로 바뀌기 때문에

(최대)정지마찰계수 뮤 * m * g > 운동마찰계수 뮤 * m * g

가 됩니다…

그러므로 최대정지마찰력보다 운동마찰력이 작아지는것입니다^^

처음 바퀴가 돌지 않고 정지해 있을 때는 정지마찰력이 작용한다

최대 정지마찰력보다 더 큰힘이 바퀴에 가해지는 순간부터 바퀴가 돌기 시작하는데,

이 때부터 정지마찰력이 운동마찰력으로 전환된다

그래프에서 보듯이 운동마찰력이 정지마찰력보다 작기 때문에

바퀴가 돌면서 차가 움직이는 것이 처음 정지해 있을 때보다 움직이기 수월해진다.

———————————————————————————————————————–

두 물체가 접촉해서 움직일 때 마찰력을 정지 마찰력 과 운동 마찰력 두 가지로 구분할 수 있습니다.

그런데 여기서 정지와 운동은 물체가 움직이느냐 움직이지 않느냐에 의해 구분하는 것이 아니라

접촉한 두 면이 상대적으로 움직이느냐 않느냐에 따라 구분합니다.

자동차가 급브레이크를 밟아서 바퀴는 돌지 않지만 차가 앞으로 나가면 이것은 100% 운동마찰력입니다.

자동차가 미끄러운 길에서 브레이크를 밟아 바퀴가 약간은 미끄러지며 약간은 돌며 가면 미끄러질 때는 운동마찰력, 돌 때는 정지 마찰력이 작용하는 것입니다.

자동차가 미끄러지지 않고 잘 굴러가면 그때는 100% 정지마찰력입니다.

정지 마찰력이 작용하면 마찰력이 일을 하지 않습니다. 그래서 열도 발생하지 않지요. 그렇지만 운동 마찰력이 작용하면 마찰력이 한 일이 열에너지로 바뀝니다. 자동차가 급브레이크를 밟아서 타이어가 돌지 않으면서 쭉 미끌어지면 타이어에서 연기가 나면서 탈 수도 있지요.

두 손을 싹싹 비비면 이것은 운동마찰력이 작용하여 따뜻해집니다.

걸레 위에 손을 얹고 상을 딲는다고 할 때 걸레와 상 사이에는 운동마찰력이 작용합니다. 그렇지만 내 손과 걸레 사이에는 비록 걸레와 손이 움직이고 있더라도 걸레와 손은 같이 움직이니까 걸레와 손 사이에는 정지 마찰력이 작용합니다.

정리하면, 정지 마찰력과 운동 마찰력을 구분하는 기준은 두 물체에서 접촉한 두 면이 서로 상대면에 대해 움직이느냐 아니냐에 의해 결정되는 것이지 물체가 움직이느냐 아니냐로 결정되는 것이 아닙니다.

————————————————————————————————————————-.

정지마찰력

물체가 움직이지못하게 방해하는 힘 입니다

예를들어,

물체를 움직이기위해 1N , 2N , 3N, 4N,, 5N의 힘을 차례대로 줬는데,

5N의 힘에서 물체가 움직였다면, 1~4N은 정지마찰력이 될수 있겠네요.

최대정지마찰력은 운동마찰력으로 변하기 직전의 마찰력입니다.

즉, 물체가 운동하기 바로 직전까지 물체를 못움직이게 버티게하는 힘이라 할 수 있겠네요.

운동마찰력

말그대로 물체가 움직일때 드는 힘을 말합니다.

예를들자면 ,

만약 어떤물체를 10N의 힘으로 수평방향으로 끌때 , 운동마찰력이 3N이면

물체는 10N – 3N =7N만큼의 힘을받는다고 보시면 됩니다.

질문자님께서 말하신, 자동차가 브레이크 밟은후도 결국은 움직일때 작용하는 마찰력으로

운동마찰력에 해당이 되겠네요.

——————————————————————————————————————

브레이크를 밟아서 완전히 바퀴의 회전이 멈추고,

바퀴가 바닥에 밀려 미끄러지는 상황이라면 “운동”마찰력입니다.

하지만 브레이크를 살살밟아서(혹은 ABS 시스템처럼 밟았다 뗐다를 통해 조절해서)

바퀴가 바닥에서 미끄러지지 않으면서(붙어서) 멈춰가면 “정지”마찰력입니다.

운동마찰력과 정지마찰력은 자동차의 운동상태와 관계가 없습니다.

바퀴와 지면이 서로 붙어(정지)해 있으면 정지마찰력, 미끌어져(운동)가고 있으면 운동마찰력인겁니다.

아이러니하게도 자동차가 급브레이크를 밟으면 자동차가 급하게 멈추니까 정지마찰력을 적용해야 될 것 같지만,

실제로는 바퀴는 바닥에서 미끄러지고 있는 상황이므로 운동마찰력이 작용됩니다.

즉 이게 급브레이크를 밟아 바퀴의 회전을 멈춰버리면

밟았다 뗐다를 적절히 반복하며(바퀴가 계속 돌아가며) 제동하는 것보다 오히려 더 많이 미끄러지는 이유입니다.

(운동마찰력<최대정지마찰력) --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | 기사입력 2007-01-19 12:21 | 최종수정 2007-01-19 12:21 기사입력최종수정 [생각키우기] 마찰력의 세계

위키백과, 우리 모두의 백과사전

마찰력(摩擦力, 문화어: 쓸림힘, 영어: friction)은 두 물체의 접촉면 사이에서 물체의 운동을 방해하는 힘이다.

마찰력의 계수는 물질의 고유 성질이 아닌, 어떤 물체의 어떤 표면 상태에서 어떤 물질과 접촉하는가 등에 관계있으며 실험을 통해 결정되는 현상론적인 양이다.

교과서는 일반적으로 마찰력은 접촉면의 넓이에는 무관하다고 서술하나 이것은 접촉면이 이상적으로 매끄러운 경우에만 성립한다. 실제로는 접촉면의 매끄러운 정도 등에 따라 영향을 받는다.

마찰의 원인 [ 편집 ]

계에서 물체의 표면은 거친데 이때 두 표면이 부딪히게 되어 작용 반작용이 발생한다. 이에 의한 마찰효과는 전체 마찰 효과의 10%에도 미치지 않는다.

1950년 보우덴(F.P. Bowden)과 타보(D. Tabor)는 마찰력의 주된 요인이 ‘표면달라붙기 현상(냉용접 상태, Cold Weld)’이라는 것을 밝혀 내었다. 물체의 거친 표면의 수많은 접촉점이 순간적으로 냉용접 상태가 되었다가 잘려나가는 과정에서 마찰이 발생하는 것이다.

마찰력의 원인으로는 접착이론, 정전기 이론 등이 있다.

마찰의 종류 [ 편집 ]

정지 마찰력 [ 편집 ]

정지 마찰력(static friction)은 물체가 움직이지 않는 동안에 받는 마찰력을 말한다.

평면 위에 놓여 있던 물체가 외부에서 힘을 받았는데 움직이지 않았다면, 외부의 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 정지 마찰력이 작용한 것으로 이해할 수 있다. 이러한 정지 마찰력의 최댓값을 최대 정지 마찰력이라고 한다. 최대 정지 마찰력의 크기는 수직 항력의 크기와 정지 마찰 계수( μ s {\displaystyle \mu _{s}} )의 곱이 되며, 따라서 F max = μ s F n {\displaystyle F_{\max }=\mu _{s}F_{n}} 이다. 외부의 힘이 최대 정지 마찰력보다 커지면, 물체는 움직이기 시작하고, 그 이후엔 미끄럼 (운동) 마찰력을 받게 된다.

운동 마찰력 [ 편집 ]

운동 마찰력(kinetic friction)은 두 물체가 상대적으로 움직이면서 서로 문질러질 때 발생하는 마찰력을 통틀어 말하는 것으로 다음과 같은 마찰력들이 있다.

운동마찰력은 일정한 값을 가지고 최대 정지 마찰력보다 작은 데 그 이유는 물체가 운동하면서 운동을 방해하던 원자들을 많이 밀어내기 때문이다.

미끄럼 운동 마찰력(=운동 마찰력) [ 편집 ]

미끄럼 운동 마찰력(sliding friction)은 물체가 접촉면에 대해 움직이고 있을 때 받는 마찰력이다. 일반적으로 운동 마찰력은 최대 정지 마찰력보다 작거나 같다. 미끄럼 운동 마찰력의 크기( | F k → | = F k {\displaystyle |{\vec {F_{k}}}|=F_{k}} )는 수직항력( | N → | = N {\displaystyle |{\vec {N}}|=N} ) 과 F k = μ k N {\displaystyle F_{k}=\mu _{k}N} 의 관계에 있다. 여기서 μ k {\displaystyle \mu _{k}} 는 미끄럼 운동 마찰계수이다.

회전 마찰력 [ 편집 ]

회전 마찰력(rolling resistance)은 물체가 접촉면에 대해 회전할 때 받는 마찰력이다.

회전한다는 조건을 수식으로 표현하면, 물체의 질량중심을 기준으로 물체의 각속도 ω (오메가) 와 물체의 병진 속력 v 그리고 물체의 반지름 r 이 v = ω × r {\displaystyle v=\omega \times r} 의 관계에 있을 때를 말한다.

(구름 마찰력의 크기)=(구름 마찰계수)*(수직항력)

구름 마찰은 접촉면의 변형에 의해 일어난다. 바퀴가 구를 땐 접촉면에서 바퀴의 찌그러짐과 원상 복원이 매 순간 일어나는데, 이 과정에서 마찰력이 발생하고, 바퀴가 가진 에너지의 손실이 발생하며, 바퀴의 속도가 줄게 된다.

그렇다면 이러한 찌그러짐 등의 변형이 일어나지 않는 물체(강체라고 한다)가 구를 때는 마찰력이 발생하지 않는걸까? 그럴 수도 있고, 아닐 수도 있다. 강체에 외력이 작용하지 않거나, 외력이 작용하더라도 일정한 조건(그 조건은 수식으로 표현되는데, 자세한 설명은 생략)을 만족할 때는 마찰력이 발생하지 않고, 나머지 경우에는 강체의 구름운동시에도 마찰력이 발생한다.

그런데 이러한 강체는 이상적인 물체일 뿐, 현실 세계엔 존재하지 않는다. 따라서 위에서 설명한 강체의 구름 운동시 발생하는 마찰력에 대한 설명은 현실 세계에선 적용될 일이 없다. 현실 세계에서 실제 구르는 물체와 표면 사이에는 찌그러짐 등의 변형이 일어나고 그 과정에서 항상 마찰력(구름 마찰력)이 발생한다. 한편 구름 마찰력은 구름 마찰 계수와 수직항력의 곱이다. 그러나 구름마찰 계수는 정지 마찰 계수에 비해 50내지 100분의 1정도이므로 구름 마찰력이 훨씬 적다.

요약을 해보면 움직일 땐 운동마찰력이 작용, 마찰력의 한계(최대로 움직이지 않고 견딜 수 있는 힘)에 다다를 때까지 정지마찰력이 작용된다. 그 뒤 최대에 다다르면

최대정지마찰계수를 이용한 최대정지마찰력을 이용하면 되고, 운동할땐 운동마찰력을 이용하면 된다.

같이 보기 [ 편집 ]

참고 [ 편집 ]

정지마찰력 운동마찰력(가상실험)

마찰력

마찰력은 우리 생활과 아주 밀접한 관계가 있습니다. 마찰력을 줄이기 위해 노력하는 부분도 있지만 마찰력이 없으면 불편한 경우도 있습니다. 아래의 경우 마트같은 곳에 많이 있는 무빙워크입니다. 이 무빙워크는 마찰력이 커야 사람들이 미끄러지지 않고 안전하게 이동할 수 있겠죠^^

그리고 아래쪽의 동계올림픽 종목인 봅슬레이는 바닥과의 마찰, 공기와의 마찰의 최대한 줄여야 좋은 결과를 얻을 수 있을 것입니다.

자 그럼 지금부터 마찰력에 대해 공부해보기로 합시다. 이론과 실험(위의 가상실험)을 병행하면 좀 더 쉽게 학습하실 수 있다고 생각합니다.

⑴ 마찰력:두 물체의 접촉면에서 상대 물체의 운동을 방해하도록 작용하는 힘을 마찰력이라고 한다. 마찰력은 항상 물체의 운동 방향과 반대방향으로 작용하며, 작용∙반작용에 의한 상호 작용력이다.

⑵ 정지 마찰력:수평면 위에 놓인 물체에 수평 방향으로 힘을 작용할 때, 물체가 정지해 있으면, 물체에는 외력과 크기는 같고 방향은 반대인 마찰력이 작용하는데, 이를 정지마찰력이라고 한다. 정지 마찰력의 크기는 일정하지 않다.

⑶ 최대정지마찰력:수평면 위에 놓인 물체에 수평 방향으로 작용하는 힘을 계속 증가시켜 주면 어느 순간 움직이는데, 물체가 움직이는 순간 작용한 마찰력을 최대정지마찰력이라고하며, 움직이는 순간 작용한 힘과 크기는 같고 방향은 반대이다.

① 수직 항력(N):물체가 면으로부터 면에 수직한 방향으로 받는 힘으로 물체가 면에 작용하는 힘에 대한 반작용이다. 수평면에서는 물체에 작용하는 중력과 같다.

N=mg

② 최대 정지 마찰력의 크기( f ):최대 정지 마찰력은 수직 항력에 비례하며,

f=μN=μmg

로 나타낸다.

최대 정지 마찰력은 접촉면의 넓이와는 상관없고, 수직 항력과 접촉면의 상태에 의해서만 달라진다.

③ 정지 마찰 계수(μ):최대 정지 마찰력의 크기를 나타내는 식에서 비례 상수 μ를 정지마찰 계수라고 하는데, 접촉면의 성질에 따라 달라진다.

⑷ 운동 마찰력:물체가 움직이는 동안 접촉면으로부터 작용받는 마찰력을 운동 마찰력이라고 한다. 운동 마찰력은 외력에 상관없이 항상 일정한 값을 갖는다.

① 운동 마찰력의 크기( f’):최대 정지 마찰력과 같이 물체의 수직 항력에 비례하며,

f’=μ’N=μ’mg

로 나타낸다.

운동 마찰력도 접촉면의 넓이와는 상관없고 수직 항력과 접촉면의 상태에 의해서만 달라진다.

② 운동 마찰 계수(μ’):운동 마찰력을 나타내는 식에서 비례 상수 μ’를 운동 마찰 계수라고 하는데, 접촉면의 성질에 따라 달라진다.

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