高校物理の学び直し

今日は久しぶりに高校で学習する物理の勉強をします。焦点を当てるのは摩擦力。テキストは「一度読んだら絶対に忘れない物理の教科書」です。

まず、摩擦力が発生するようなザラザラした面の上にとある物体を置きます。この物体に、ほんの少し右向きに力を加えます。ただ、摩擦力のためにこの物体は動かない時のことを考えます。

この時、この物体に働く力として
「下向きの重力mg」と「右向きの力F」
が働いていますが、床と物体の間にも「接触力」が生じています。

ここで、床と物体の間の接触力はどんな方向に働いているのか？が最初のテーマです。

まず、重力mgと右向きの力Fの合力を考えます。これはFig.1のように右下に働く力となります。

この物体は静止しているので、床と物体の間の接触力は左上に働いていることになります。一般に、「ある面から物体が受ける接触力」を「抗力」と呼びます（Fig.2)。つまり、この物体には重力mg、右向きの力F、そして左上の向きに抗力が働いています。

ここで、抗力を面に垂直な成分と面に平行な成分に分解することで得られる力の成分が「垂直抗力」と「摩擦力」になります（Fig.3)。

つまり、現実として存在するのは左上向きの抗力であって、それを便宜的に分解した時に得られる力の成分が垂直抗力と摩擦力になると言うことです。

僕が高校生の時は、この手の問題に遭遇すると左上向きの抗力のことなど考えずに真っ先に垂直抗力や摩擦力を作図していましたが、考える順序が違ったようです。今日は目から鱗が落ちました。学び直しは中々味わい深いです。