摩擦のある斜面上のブロック：静止摩擦のしきい値を求める

1 · 予測

ブロックは固定された 30° の斜面にあり、現在は静止摩擦によってその場に保たれている。ブロックと斜面の間の摩擦を小さくすると、滑り始めるか？また、どの時点で滑り始めるか？

• 2 つの規則が順に働きます。μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58 であれば、質量によらずブロックは静止したままです。そしていったん滑り出すと、加速の速さを決めるのは μs ではなく μk です。
• μs が tan(30°) より大きい間でも、μs を下げるたびにブロックは少しずつ滑る。摩擦は徐々に弱くなるだけである。
• 重いブロックは軽いブロックより小さい μs で滑り始める。質量もそのしきい値に影響する。

2 · 準備

1. 摩擦斜面プリセットを開く。固定された斜面角（30°）と、摩擦によって静止しているブロックを確認する。
2. プロパティパネル（または共有リンク）で、この試行におけるブロックの静止摩擦係数 (μs) と動摩擦係数 (μk) を設定します。μk ≤ μs を保ってください。静止しているときに滑っているときより摩擦が小さいことはあり得ないため、アプリ側でも強制されます。質量は固定のままです。
3. シミュレーションを数秒間実行し、プローブでブロックの速さを読む。静止したままだったか、滑り始めたかを記録する。

3 · データ収集

5 回すべての試行について、斜面方向の重力（y 軸）をブロックの質量（x 軸）に対してグラフに描いてください。関係は直線になりますか。傾きは何を表しますか。3 つの行は同じ質量を使っています—駆動力も同じになるでしょうか。

4 · 分析

1. 各行について tan(30°) を計算し、μs の値と比較する。この比較からブロックが静止し続けるかを予測できるか？
2. 1〜2 行目は静止し、3〜5 行目は 3 通りの割合で滑ります。これらの行が 3 つの異なる質量を使っているにもかかわらず、静止摩擦の条件からも滑るときの加速度からも質量が消えるのはなぜか説明してください。

5 · 発展

1. ブロックを滑り出させる方法は 2 つあります。μs を tan(30°) ≈ 0.577 より小さくするか、斜面を立てて角度を atan(μs) ≈ 35° より大きくするかです。両方試してください。これは本当に同じ条件を 2 通りに書いたものでしょうか。
2. 登山靴の底と滑らかな革靴は、同じ濡れた道で非常に異なる μs をもつ。この実験の観点から、急な坂で一方が他方よりはるかに安全な理由を説明する。

この実験の物理

← 実験に戻る