금속의 마찰계수(Friction Coefficient)와 마찰력 계산

마찰계수(μ)는 두 물체가 접촉하여 있을 때, 접촉면에 작용하는 수직력(N)과 서로 자유롭게 미끄러지는 것에 저항하는 마찰력(F)의 비율이다. 수평으로 당기거나 미는 물체의 경우 수직력(N)은 단순히 중력(or weight)이다.

 

(식 1) μ = F/N

 

F와 N은 모두 힘 단위(Newton)로 측정되므로 마찰 계수는 무차원이다. 두 물체의 재질, 표면 상태, 저항력의 종류(정지 마찰 또는 운동 마찰)에 따라 마찰계수의 종류와 값은 달라진다. 마찰을 극복하는 데 필요한 힘을 측정하거나 물체가 경사면에서 미끄러지기 시작하는 각도를 측정하는 등의 실험을 통해 마찰 계수를 결정할 수 있다.

 

그림 1. 마찰력과 수직력 모식도

 

정지 마찰계수(static friction coefficient)는 정지하고 있는 두 물체사이에서의 값으로 정지 마찰력이 극복될 때까지 물체는 정지 상태를 유지한다. 최대 정지 마찰력을 넘어서면 물체는 움직이기 시작한다. 운동 마찰계수(dynamic friction coefficient)는 상대적인 운동을 하고 있는 경우의 값이다.

 

그림 2. 정지 마찰력과 운동 마찰력

 

수평상태에서 수직력은 N = Fg 이므로 아래와 같다.

 

(식 2)    N = m * a

 

여기서,

Fg = 중력

m = 물체의 질량(kg)

a = 중력 가속도(9.80665 m/s2)

이다.

 

중력으로 인한 마찰력은 식1과 식 2로부터, 아래와 같이 표현할 수 있다.

 

(식 3) 마찰력, F = μ * m * a

 

마찰력(Friction Force) 계산

가속도(또는 중력가속도), a (m/s2) :

물체의 질량, m (kg) :

마찰계수, μ :

     

마찰력 (kgf) :

마찰력 (N) :

 

금속의 마찰계수 표

표 1. 각종 금속재료의 마찰계수(Friction Coefficient)