일반물리학 실험 - 마찰계수 측정

마찰계수 측정

1. 목적
두 물체의 표면 사이에 작용하는 운동마찰계수와 정지마찰계수를 측정한다.

2. 기구
경사면 장치, 나무토막(4종), 질량추

3. 이론
두 물체가 접촉한 상태로 상대운동을 하면 그 운동을 방해하려는 마찰력이 작용하는데 마찰력 의 방향은 운동방향의 반대이고, 그 크기는 접촉표면에 작용하는 법선력 에 비례한다.

(1)

으로 표현되고 이 때 를 운동마찰계수라고 한다. 수평력 를 가하여 물체를 움직이게 할 때 물체가 등속운동을 하게 되면,

(2)

로 두 힘이 평형상태를 이룬 경우이므로

(3)

이다. 또는 이 실험의 경우 은 물체의 무게 와 같으므로

(4)

로 구할 수 있다.

비탈면을 사용하는 경우, 이고, 이므로 식(1)과 식(2)로부터 를 얻는다. 즉 가속되지 않게 미끄러지는 경사각 를 측정하면 를 구할 수 있다.
정지해 있는 물체를 움직이려면 일정한 힘 이상을 가해야만 가능하다. 이 때 를 최대정지마찰력이라고 하며 그 크기는 법선력 에 비례한다.

(5)

여기서 를 정지마찰계수라고 부른다.

최대정지마찰력을 측정하기 위하여 비탈면을 사용하는데, 를 증가시켜 물체가 움직이기 시작할 때가 바로 중력에 의한 수평력 가 최대정지마찰력 와 같은 때이다. 이 때 법선력은 이고, 수평력은 이므로

(6)

에서

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