마찰력
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마찰력(摩擦力, frictional force)은 어떤 물체가 표면에 접촉해 있을 때, 표면이 물체에 작용하는 힘 가운데 표면에 평행한 성분을 말한다.
마찰력의 계수는 물질의 고유 성질이 아닌, 어떤 물체의 어떤 표면 상태에서 어떤 물질과 접촉하는가 등에 관계있으며 실험을 통해 결정되는 현상론적인 량이다.
교과서는 일반적으로 마찰력은 접촉면의 넓이에는 무관하다고 서술하나 이것은 접촉면이 이상적으로 매끄러운 경우에만 성립한다. 실제로는 접촉면의 넓이, 접촉면의 매끄러운 정도 등에 따라 영향을 받는다.
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[편집] 마찰의 종류
[편집] 정지 마찰력
정지 마찰력(static friction)은 물체가 움직이지 않는 동안에 받는 마찰력을 말한다.
평면 위에 놓여 있던 물체가 외부에서 힘을 받았는데 움직이지 않았다면, 외부의 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 정지 마찰력이 작용한 것으로 이해할 수 있다. 이러한 정지 마찰력의 최대값을 최대 정지 마찰력이라고 한다. 외부의 힘이 최대 정지 마찰력보다 커지면, 물체는 움직이기 시작하고, 그 이후엔 미끄럼 (운동) 마찰력을 받게 된다.
최대 정지 마찰력의 크기(
)는 물체가 받는 수직항력(
) 에 대해 Fs = μsN 이라는 관계를 가진다. 여기서 μs 는 최대 정지 마찰계수 이다.
[편집] 운동 마찰력
운동 마찰력(kinetic friction)은 두 물체가 상대적으로 움직이면서 서로 문질러질 때, 발생하는 마찰력을 통틀어 말하는 것으로 다음과 같은 마찰력들이 있다.
[편집] 미끄럼 운동 마찰력
미끄럼 운동 마찰력(sliding friction)은 물체가 접촉면에 대해 움직이고 있을 때 받는 마찰력이다. 일반적으로 운동 마찰력은 최대 정지 마찰력보다 작거나 같다. 미끄럼 운동 마찰력의 크기(
)는 수직항력() 과 Fk = μkN 의 관계에 있다. 여기서 μk는 미끄럼 운동 마찰계수 이다.
[편집] 구름 마찰력
구름 마찰력(rolling resistance)은 물체가 접촉면에 대해 구를 때 받는 마찰력이다.
구른다는 조건을 수식으로 표현하면, 물체의 질량중심을 기준으로 물체의 각속도 (ω) 와 물체의 병진 속력(v) 그리고 물체의 반지름(r) 이 
의 관계에 있을 때를 말한다.
- (구름 마찰력의 크기)=(구름 마찰계수)*(수직항력)
구름 마찰은 접촉면의 변형에 의해 일어난다. 바퀴가 있는 경우 바퀴의 찌그러짐과 원상 복원이 매 순간 일어나고 이 반복되는 과정에서 에너지 손실이 있으므로 속도가 줄게 된다. 이것 때문에 구름 마찰력이 생긴다. 구름 마찰력은, 강체(剛體)일 경우 물체의 변형이 없으면 그 크기는 0이다. 그러나 완전히 접촉된 두 물체는 강체일 수 없으므로 실제 물체 사이에는 항상 존재한다. 구름 마찰력은 구름 마찰 계수와 수직항력의 곱이다. 그러나 구름마찰 계수는 정지 마찰 계수에 비해 50내지 100분의 1정도이므로 구름 마찰력이 훨씬 적다.
