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解決済みの質問

バイクがターンする時の向心力が分からないです!

物理の問題で、バイクのターンの問題があったのですが、向心力である静止摩擦力が何故円運動の中心に向かっているのか、分からないです。この時、摩擦力は何の力から生まれてるのか、教えて貰いたいです。

投稿日時 - 2018-05-20 00:47:20

QNo.9500096

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

 #4です。

>床に置いてある物体を引っ張って動かす時に、発生する摩擦力は引っ張る力が原因であると言った感じです。

 ウ~ン、そういうイメージですか(^^)。

 まず直進中のバイクを考えます。理想化すればタイヤの回転速度(後ろ向き)は、バイクの前進速度ときっちり同じです。なので、タイヤの接地点は地面に対して静止しており、摩擦は働きません。

 ハンドルを切ります。例えば切った初っ端はタイヤの回転速度は前進速度と同じでしょうが、進行角度がちょっとだけ違います。そうするとバイクの前輪は、車体よりもちょっとだけ遅く前進する事になります。この時前輪は地面をちょっとだけ滑るようになり、摩擦によりちょっとだけブレーキ力がかかると思えませんか?。この摩擦力(制動力)の原因は、車体の前進力ですよ。

 ハンドルを切った初っ端の摩擦力(制動力)は、前進方向ときっちり逆向きと考えてもそんなに間違いではないはずです。しかし前輪の進行方向は車体の前進方向から少し傾いているのでした。従って摩擦力(制動力)は前輪にとっては、向心力と考えられます。車体も前輪に追随する形で、当初の前進方向から次第に向きを変え、ハンドルは切りやすくなり、摩擦力(制動力)もますます向心力っぽくなって行きます。

 こんなイメージでどうでしょう?(^^;)。

投稿日時 - 2018-05-22 18:58:04

お礼

返答ありがとうございます!
摩擦力がやっと分かった気がします。

投稿日時 - 2018-05-23 23:16:43

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回答(5)

ANo.4

 あえて遠心力は使いませんよ。遠心力はバイクに乗ってる人が、向心力をバイクに乗ってるがために、遠心力のように感じるというだけです(普通の解釈では)。

 一般に向心力がなければ円運動しません。よって静止摩擦力が向心力になってるはずだ、という結論になります。なぜならバイクをターンさせる(回転させる)力は、ほかに見当たらないからです。「静止」摩擦力が妥当かどうかは、ちょっと自信ないですけど(^^;)。

 もしタイヤと地面との間の摩擦力がなければ(ツルツルなら)、バイクは加速できないし曲がる事もできません。

投稿日時 - 2018-05-21 17:52:03

補足

何となく中心に向かって摩擦力が無いと回らない事は理解しているのですが、やっぱり摩擦力には原因となる力が必要だと思っていたのですが(床に置いてある物体を引っ張って動かす時に、発生する摩擦力は引っ張る力が原因であると言った感じです。)。何が原因かまだ分からないです!

投稿日時 - 2018-05-21 23:00:38

お礼

回答ありがとうございます!

投稿日時 - 2018-05-21 23:00:11

ANo.3

 「コリオリの力」のような場合と、実際にUターンする場合と、ごっちゃにするから分かりにくいんじゃないかと思います。

 「コリオリの力」を理解しようとすると、「遠心力は見かけ上の力」だということになりますが、バイクライダーとしての長年の経験によれば、Uターンしようとすれば外に膨らまそうとする力を必ず受けます。カーブがきつい峠道のような場所でも同じです。あれはどうみても「見かけ上の力」=私の勘違いじゃあありません。

> 向心力である静止摩擦力が何故円運動の中心に向かっているのか

 そこにすでに回答があるような気がします。

 静止摩擦力というのは、加えられた力と反対向きに(ある範囲までは加えられた力と同じだけ)働くものです。その結果、加えられた力は相殺され、物体は静止しています。

 物体ごとに決まった「ある範囲」を超えて、加えられた力と静止摩擦力の均衡が破れたとき、物体は動き始めるのです。

 なので「遠心力が円運動の外に向かっているので、それを静止させようとする静止摩擦力は、その反対の向きに(円運動の中心に向かって)働く」と理解して良いのではないでしょうか。

> 摩擦力は何の力から生まれてるのか

 難しい質問です。

 いま名前が出て来ないのですが、鉄と鉄の面を究極的に磨いて接触させると、接着剤なしでくっついて剥がれなくなります。(余談ですが、鉄を究極まで磨くと錆びなくなります)

 分子と分子がくっつき合う、吸着的な「分子間力」が働くのです。

 ※分子間力には、吸着的なも引力と排斥的な斥力があるのですが、その吸着的な作用の名前が思い出せません。

 バイクがUターンするときの「摩擦」の大本は、路面の物質分子とタイヤの物質分子の間にはたらく、その分子間力(引力)であろうと思います。

投稿日時 - 2018-05-20 16:27:32

補足

追加です。この問題を慣性系(バイクの視点から見る)で解くと、摩擦力は遠心力が原因だと解釈できたのですが(丁寧に説明して下さりありがとうございます)静止系で考えると、そもそも遠心力って存在しないはずなので、向心力をどう解釈すれば良いのか、悩んでます。お願いします!

投稿日時 - 2018-05-21 22:43:36

お礼

回答ありがとうございます! 補足説明も見てくださるとありがたいです。

投稿日時 - 2018-05-21 23:02:12

ANo.2

補足

ベストアンサーの回答に車のタイヤが中心に向かって倒れている図があって、その図を摩擦力が中心に向かってる根拠にしているように書いてあったのですが、何となく直感では理解出来たのですが、摩擦の根拠が説明されてないような気がしてしまいます。

投稿日時 - 2018-05-21 23:12:00

お礼

回答ありがとうございます!

投稿日時 - 2018-05-21 23:04:03

ANo.1

ターンだけを考えると、円運動なので遠心力が働きます。
この遠心力がタイヤを伝って、摩擦が起こるのです。
よって、遠心力の反対の中心に向かって摩擦力が起きます。

たぶん・・・

投稿日時 - 2018-05-20 01:42:25

お礼

回答ありがとうございます!

投稿日時 - 2018-05-21 23:13:21

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