転がりと摩擦力の配分
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玉が転がっているときエネルギーは順次失われ減速、停止する。この間、併進エネルギーと回転エネルギーが同率で失われるとしなければならない。
従って、玉に働くころがり摩擦力は2つのエネルギーの比に分けなければならない。
: 併進エネルギーを減少させる力
: 回転エネルギーを減少させる力
: ころがり摩擦力
: 転がり摩擦係数
質量: 半径:
慣性モーメント:
併進速度: 角速度:
重力加速度:
とすると
∴
∴
となる。
初速度で転がる玉が停止するまでのエネルギー収支を確認する。
について解くと
止まるまでの時間は、
として
止まるまでの距離は
初期エネルギーと止まるまでの消費エネルギーを確認しておく。
なした仕事量は
一方、初期エネルギーは初期の併進と回転のエネルギーの和であるので
初期エネルギーとその間の仕事量
が一致し、初期の
と
の設定は正しい。
以上
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