마찰력에 대하여

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마찰력

 

1). 물체에 힘을 주었을 때 일어날 수 있는 물리적인 변화를 열거하면?

▶답 : 1. 물체의 모양 변화 2. 물체의 운동 상태변화

 

2). 균질의 책상 위에 직육면체의 나무토막을 누여놓은 경우와 세워놓은 경우에 마찰력은 어느 쪽이 더 큰가?

 

▶답 : 통나무의 넓은 면이 마찰될 때 접촉면적은 넓어지지만 단위 면적당 중력의 크기는 줄어든다. 반면 세웠을 때는 접촉면적은 좁아지지만 단위 면적당 중력의 크기는 줄어들기 때문에 접촉면적에 관계없이 마찰력의 크기가 같아진다.

 

3). 마찰력의 크기는 분명히 접촉면의 면적과 무관하므로 보통 타이어와 광폭 타이어의 마찰력은 같게 되어 제동거리도 같아야 한다. 그러나 광폭 타이어의 제동거리는 보통 타이어의 제동거리보다 짧아진다. 왜 그럴까요?

 

▶답 : 브레이크를 밟았을 때 타이어 바닥에서는 지면과의 마찰에 의하여 열이 발생하게 되고, 발생한 열로 인해 결국 타이어 표면의 고무가 녹아서 부드러워지게 되므로 마찰력이 감소하게 되는 것입니다. 브레이크를 밟은 흔적이 나는 것은 이런 이유입니다. 다시 말해, 광폭타이어의 마찰력이 커지는 까닭은 타이어의 면적이 커서 방출되는 열량이 많아지므로, 타이어가 타서 녹는 것을 감소시켜서 제동거리를 짧게 합니다. 타이어 폭이 넓을 수록, 다시 말해 지면과의 접촉면의 넓이가 커져도 마찰력의 크기는 변함이 없죠. 따라서 발생한 열도 같습니다. 그러나 타이어 폭이 넓기 때문에 타이어가 덜 녹게 되겠죠. 그 결과 마찰계수의 감소 효과가 더 작기 때문에 타이어 폭이 작은 것보다 마찰력이 덜 감소하게 되겠죠. 따라서 제동거리는 짧아지게 되는 것입니다.

 

4). 일반 자동차의 타이어는 홈이 파여 있는데 경주용 자동차의 타이어에는 홈이 없다. 그 이유는 무엇일까?

 

▶답 : 일반 자동차의 타이어에 홈이 파여 있는 이유는 비가 와서 물이 고여 있을 때 바닥면과 타이어 사이에 수막이 생겨(수막현상) 마찰력이 약해지므로 홈을 통하여 물이 빠져나가면 마찰이 간해지고 따라서 미끄러짐을 방지할 수 있는 것이다. 반면 경주용 자동차는 비가 올 때는 경주를 하지 않으므로 제동력을 크게 하려면 타이어가 바닥면과 닿는 면적이 넓어야 한다.

 

5). 스케이트 선수들이 쉬는 시간마다 스케이트 날을 가는 것은 무슨 연유에서 일까?

 

▶답 : 케이트 날을 가늘게 할수록 마찰력이 줄어들기 때문에 날을 갈고 있는 것이다. 마찰력이 마찰면적에 무관하다는 말은 틀리다는 말인가? 그렇지 않다. 마찰면적에 무관하다는 것은 마찰 계수가 일정할 때 즉, 두 접촉면이 변하지 않는다는 조건에서 성립하는 말이다. 스케이트의 날을 가늘게 하면 빙판에 미치는 압력이 커지고, 이로 인하여 마찰 계수가 작아진다. 물은 압력이 커질수록 녹는점이 높아지는 경향이 있기 때문이다. 압력이 커지면 녹는점이 높아져서 얼음이 녹으면, 마찰 계수가 줄어들기 때문이다.

 

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