마찰력과 마찰계수
아래 그림과 같이 평면의 바닥위에 있는 물체를 한 방향으로 잡아당기거나 민다고 가정하면 물체는 최소한 어느 정도의 힘을 주어야만 비로소 움직이기 시작한다
<수평면에서 물체에 작용하는 힘>
이와같이 물체에 힘을 가하면 접촉면과 평면의 바닥사이에 운동을 방해하는 힘이 나타나게 되는데 이것을 마찰력(friction force)이라고 한다. 마찰계수 μ는 접촉면의 성질에 의해 달라지는데 접촉면의 마찰계수가 일정하다면 마찰력은 물체의 수직력(수평면에서는 물체의 무게와 같다)과 비례하므로 마찰력은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
F = μ W
( F:마찰력 μ: 마찰계수 W :물체에 작용하는 수직력 )
외력이 작용하여도 물체가 움직이지 않는 것은 외력과 마찰력이 서로 평행하기 때문이다. 물체가 처음으로 움직이기 시작할 때 물체의 접촉면과 평면의 바닥사이에 작용하는 마찰력을 최대정지마찰력(maximum static friction force)이라고 한다. 또한 수평한 노면위를 달리는 자동차가 일정속도를 유지하려면 계속 가속페달을 밟아주어야 하며 가속하지 않으면 자동차의 속도는 점점 느려지고 마침내는 정지하게 되는데 이것은 운동중인 물체에도 접촉면을 따라 운동을 방해하는 방향으로 마찰력이 작용하기 때문이다. 이것을 운동마찰력(kinetic friction)이라고 한다.
또한 마찰력의 정의로부터 물체에 작용하는 수직력 W에 대한 마찰력 F의 비를 마찰계수(coefficient of friction)라고 한다.
μ = F/W
( F:마찰력 μ: 마찰계수 W :물체의 작용하는 수직력 )
마찰계수는 마찰력의 분류방법과 같이 물체가 정지하고 있을 때의 정지마찰계수와 운동하고 있을 때의 운동마찰계수로 분류할 수 있으며 운동마찰계수는 정지마찰계수보다 작은 값이다. 또한 운동마찰계수는 물체가 미끄럼운동을 할 때의 미끄럼마찰계수와 회전운동을 할 때의 구름마찰계수로 구별되기도 한다. 교통사고의 조사 또는 재현에 관계되는 마찰계수는 거의 대부분 운동마찰계수 중 미끄럼마찰계수이다. 간혹 자동차의 바퀴가 제동이 되지 않고 굴러가는 상태의 구름마찰계수(rolling coefficient of friction)가 문제시되기도 하지만 제동작용에 의한 타이어와 노면사이의 마찰계수(제동마찰계수), 전복 또는 전도된 차체와 노면사이의 마찰계수, 인체와 노면사이의 마찰계수 등은 모두 미끄럼운동과 관계되는 것이다.
마찰계수 μ는 물체에 작용하는 수직력과 마찰력에서 생기는 비율이기 때문에 접촉면의 특성이라 할 수 있으며 마찰계수가 높을수록 마찰력도 비례하여 커지므로 동일한 조건의 차량이 동일한 속도에서 브레이크를 조작하였을 경우 노면과 타이어의 마찰계수가 상대적으로 큰 조건에서 보다 짧은 제동거리를 얻을 수 있다. 예를 들어 비가 내려 젖은 도로에서는 상대적으로 마찰계수가 낮아져 제동거리는 길어지고 비가 멈춘 후의 건조한 도로에서는 젖은 도로에서 보다 마찰계수가 높아 상대적으로 제동거리가 짧아지게 되는 것이다.
