【物理小問】人が歩くときに受ける摩擦の向き

こんにちは！Science Tutorialです。
今回は

【問】人間が歩行によって前進する場合、摩擦の向きはどちらに向くか？前か後ろで答えよ。

という問について考えていきましょう。

ヒントは「ひとは摩擦があるおかげで歩くことができている」ということです。
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答えはこの下にあります。
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答えは「前向き」

です。

では実際になぜそうなるのか、物理的な話を見てい行きましょう。

まず、高校でも習うように摩擦は物体が移動するとき、その反対方向を向くのでした。では後ろ向きが答えになるように思えますが、それは誤りです。
まず、歩行時の摩擦を注意深く観察してみましょう。
摩擦というのは足の裏のミクロなザラザラと、地面のミクロなザラザラが噛み合って発生するものです。
ですが、ミクロなザラザラは足の裏に大量に広がっていますし、路面にも大量に広がっています。これだとザラザラの数だけ接触する点があるので、議論が大変複雑になります。ですから今回はかんたんのために、路面にも足の裏にも1つの凹凸しかないという状況で考えてみましょう。(要するに、下駄のような形を考えてみましょう。)

上の図のような状況ですね。この状況で人は紙面左方向に進んでいきますから、地面を右方向に蹴ることになります。その時の力をRとして書いてあります。
そして人間が前に進めるのは反作用のR'のおかげです。そしてこれを「摩擦」と呼びます。
なので摩擦は進行方向と同じ向きを向くのです。

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