[물리실험] 운동 마찰계수와 정지마찰계수에 대한 정리

[물리실험이론] 운동 마찰계수와 정지마찰계수에 대한 정리

 

① 운동 마찰력이 최대 정지 마찰력보다 작은 이유

요철설에 의한 설명은 다음과 같다. 최대 정지 마찰력이 운동 마찰력보다 큰 이유는 물체가 움직이게 되면 물체와 지면 사이에 있던 요철들이 마모가 일어나게 된다. 이 마모에 의해서 운동 마찰력이 최대정지 마찰력보다 작게 나타난다.
분자력설에 의한 설명은 다음과 같다. 두 줄의 염주 알이 있다고 하자. 위에 있는 염주 알을 물체의 입자라고 하고 아래에 있는 염주 알을 지면의 입자라고 하자. 염주 알이 위아래로 맞물려 있는 경우에 위에 염주 알을 끌면 위치에너지가 증가하게 된다. 즉 위에 있는 염주 알이 아래에 있는 염주 알을 타고 올라가는 것이다. 위치에너지로 끌어 올리는 데에 힘을 사용하게 되는 것이다. 끌어 올린 위치에너지는 위에 있는 염주 알이 밑의 염주 알을 타고 내려오면서 속도가 생기게 되고 다음 염주 알을 오를 때, 이미 속도가 붙은 상태로 오르기 때문에 오르기가 쉽게 된다. 즉 운동 마찰력이 최대 정지 마찰력보다 작게 되는 것이다.

 

② 실험 설계를 다르게 했을 경우

1) 기존에 해오던 장비에 한쪽 끝에는 힘 센서를 다른 끝에는 모션센서를 연결 한다.
2) 아래쪽에는 각도를 좀 더 확실하게 측정하기 위해서 모션센서를 설치해 둔다.
3) 힘 센서와 물체 사이를 고무줄로 연결 한다.
4) 조금씩 올려가면서 F-t, s-t 그래프가 그려지는 것을 확인 한다.
5) 물체가 움직이는 순간의 힘과 위치를 찾아낸다. 그때의 힘과 올려진 거리를 측정한다.

 

③ 문제점

1) 아래쪽에 있는 모션센서에서 올라가는 높이를 측정할 때 어느 순간이 되면 갑자기 튀기 시작한다. 이것을 해결 할 방법이 필요 할 것 같다.
2) 힘 센서와 물체를 연결해주는 고무줄이 탄성체이기 때문에 적확하게 측정할 수가 없다. 용수철로 연결 했을 때에도 같은 현상이 일어난다. 줄로 연결하면 물체가 움직이지 못하게 되어서 최대정지마찰력을 측정할 수 없는 문제점이 생긴다. 즉 힘 센서와 물체 사이를 연결해 줄 적당한 물체가 없다.

 

2021.09.18 - [물리실험] MBL을 활용한 정지마찰계수 측정

 

2021.09.19 - [물리실험] 포토게이트를 이용한 미끄럼마찰력 측정