📋 問題の状況を整理しよう

直感的理解

あらい床の上の物体を、横向きの力 \(F\) で引く。最初は静止摩擦力が \(F\) と同じ大きさで反対向きにはたらき、物体は動かない。\(F\) を大きくしていって最大静止摩擦力 \(F_0 = \mu N\) を超えると物体が動き出し、その後は動摩擦力 \(F' = \mu' N\)\)がはたらく。

イメージは「重い箱を押す」。最初はびくともしないが、ある力を超えると急に滑り出して、その後はちょっと押すだけで滑り続ける。

✏️ 求めるもの

引く力の大きさ別に、(1) 物体にはたらく摩擦力の大きさ、(2) 動き出すかどうか、(3) 動き出した後の加速度。

🔬 シミュレーションで体感

👀 観察のポイント

静止中は摩擦力が引く力 \(F\) と同じ大きさで反対向き（つりあい）
\(F\) が最大静止摩擦力 \(F_0 = \mu N\) を超えると動き出す
動き出した後は摩擦力が動摩擦力 \(F' = \mu' N\) に切り替わる（一般に \(F' < F_0\)）

💡 考え方のヒント

🔧 使う道具

垂直抗力：水平面では \(N = mg\)
最大静止摩擦力：\(F_0 = \mu N\)（静止と運動の境目）
動摩擦力：\(F' = \mu' N\)（動いている間は一定）
運動方程式：\(ma = F - \mu' N\)

動くか動かないかを判定：\(F\) と最大静止摩擦力 \(F_0 = \mu N\) を比較する
静止しているとき：静止摩擦力 \(f\) は引く力とつりあうのでそのまま \(f = F\)。\(\mu N\) を使うのは限界の瞬間だけ
動いているとき：動摩擦力は \(F' = \mu' N\) で一定（速度によらない）
加速度：運動方程式 \(ma = F - \mu' N\) で求める

注意

「静止しているときに \(f = \mu N\) と決めつけない！」 静止中の摩擦力は引く力に応じて変化する。\(\mu N\) になるのは「動き出す直前の限界状態」だけ。\(F < \mu N\) のときは \(f = F\)（つりあい）。

💡 ヒント：基本例題17 静止摩擦力と動摩擦力

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💡 考え方のヒント