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摩擦係数0の物体が物に当った場合の衝撃
Quarksの回答
>摩擦係数0の物体が地球上で飛んできて身体に当った場合の衝撃はどうなるのでしょうか？ たとえば、床面に、斜め方向から物体が飛んできて床にぶつかり、跳ね返っていく。 このとき、床面が滑らかで物体との間に摩擦力が働かなかったら、ぶつかったあと、物体はどのように運動するでしょうか？ こんな例を考えてみると良いですね。 粗い面の床に物体がぶつかって行く場合を想像しましょう。 床と物体とが接触しているとき、両者にはどんな力が働いているでしょうか？ 一般的には、平面と物体とが接触しているとき 床面に平行な方向に力が働きますが、これが摩擦力です。 床面に垂直な方向にも力が働きます。こちらは、垂直抗力と呼ばれます。 摩擦力は、面が粗いときには発生しますが、滑らかな面では摩擦力は生じません。 垂直抗力の方ですが、こちらの力は、(床面に物体が侵入して突き抜けていくことがないように、床面が十分丈夫なら)面が滑らかであろうとなかろうと、必ず作用する力です。 垂直抗力が作用するから、物体は床面にぶつかった後、床面から離れるように運動します。 摩擦力が作用するときには、更に、床面に平行な方向の速度の大きさ（つまり速さですが）が小さくなります。添付図では、図１は滑らかな面にぶつかった時、図２は強い摩擦力が働いた時のイメージです。 このように、摩擦力が働いていなかったとしても、普通に、物体はそれなりの衝撃を受け、はじき返されます。床面にも衝撃が加わります。 >物体は引力に引かれても永続的に運動しようとするのでしょうか？ 摩擦力を受けない物体が有ったとしても、質量が有るならば、地球からの引力(つまり重力です)は受けます。ですから、床でぶつかった後、無限の彼方に飛んで行ってしまう、などといいうことはありません。他の物体と同様、重力を受けて、やがては床面に戻って来ます。そこでまた、跳ね返され、またやがて戻って来て… ということを繰り返すのでしょう。 普通の物体は、ぶつかる度に働く摩擦力のせいで、面に平行な方向の速度はどんどん小さくなり、床に垂直な方向の速さもどんどん小さくなる(こちらは、摩擦力とは無関係に小さくなります)ため、やがて、止まってしまいます。 しかし、摩擦が無い物体の場合、床に垂直な方向の速さは、衝突を繰り返すうちにどんどん小さくなっていきますが、床面に平行な向きの速度は、ずーっと一定に保たれますから、仰るように、永続的に運動しようとすることでしょう。最終的には面に沿って滑っているイメージですね。 余談になりますが、私たちが目にする物体は、動いていてもやがては止まってしまうのは、正に摩擦力が働くからなのであって、もし、摩擦が無かったら、物体を止めておくという操作は極めて難しい操作になることでしょう。
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