충북대_일반물리학및실험1_5주차_마찰력

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본문내용

기
정지마찰력
정지마찰계수
운동마찰력
운동마찰계수
실험 4
넓은 면
2.6
0.71
2.1
0.58
실험 5
좁은 면
2.3
0.67
1.8
0.49
- 표면의 상태와 마찰력 및 마찰계수의 관계를 비교할 수 있도록 표를 구성하라.
표면 상태
정지마찰력
정지마찰계수
운동마찰력
운동마찰계수
실험 1
나무테이블
1.7
0.30
1.2
0.22
실험 4
사포
2.6
0.71
2.1
0.58
결론
- 힘-시간 그래프 1개를 붙이고, 나무블록이 미끄러짐을 유지하는데 필요한 힘과 미끄러지기 시작하는데 필요한 힘을 비교하면서 그래프를 분석하라.
나무블록이 미끄럼질을 유지하는데 필요한 힘(운동마찰력)이 미끄러지기 시작하는데 필요한 힘(최대정지마찰력)보다 크다.
- 정지 마찰계수와 운동 마찰계수의 크기를 비교하라.
정지 마찰계수가 운동 마찰계수보다 항상 크다.
- 수직항력, 표면에 닿는 면적, 표면의 상태와 마찰력의 관계에 대해 설명하라.
수직항력이 클수록 마찰력이 커진다.
표면에 닿는 면적이 클수록 마찰력이 커진다(마찰계수가 클수록 영향이 크다).
표면이 거칠을수록(마찰계수가 클 수록) 마찰력이 커진다.
고찰
Q. 이론적으로는 마찰력은 마찰면적과 관련이 없는데, 왜 실험적으로는 면적과 관련이 있는 것으로 나오는가?
일반적으로 마찰력은 으로 나타낸다. 즉 마찰계수와 수직항력의 곱이다. 이론적으로는 면적과 상관없이 수직항력은 동일하기때문에 마찰력에는 변화가 없어야 한다. 그러나 실험이나 현실에서 면적에 따른 마찰력 차이를 많이 맞닥뜨린다.
위 실험에서 살펴봤듯이, 마찰계수가 적은 면에서는 접촉면적과 크게 관련없는 것처럼 마찰력이 나타났다. 그러나 사포 면 위에서는 접촉면적에 따른 마찰력의 차이가 매우 크게 나타났다.
이론적으로는 면적이 좁아지면 그에따라 단위면적당 수직항력도 증가하기 때문에 마찰력에 변화가 없다고는 하지만, 모든 물질이 일정한 마찰계수를 가지고 있는 것도 아니고 특히 사포의 경우 특정한 면에 따라 더 울퉁불퉁한 곳과 덜 울퉁불퉁한 곳이 있을 수 있다. 또한 나무블록도 오랜기간 사용하면서 움푹 패인곳도 존재하고, 중간중간 마찰계수가 달라지는 것이다. 아마 그에 따라 마찰력이 조금 다르게 측정되는 것이 아닐까 한다.
마찰계수가 클 수록 그 변동폭이 크기에 마찰력이 더 다르게 측정되는 듯 하다.
참고자료
Randall D. Knight, 심경무 외 옮김, “대학물리학”, 교문사, 4판, 2019, 158-163.p

키워드

충북대물리,   충북대마찰력,   일반물리학마찰력