[게임 물리] 마찰력(Friction force)과 마찰계수(Coefficient of friction)

마찰력(Friction force)

우리가 물체를 움직일 때는

외력(Force)이 가해지고

수직항력(N)과 중력(g)의 영향을 받고 있는 물체에 마찰력(f)이 생기게 된다

 

일반적으로 물체에 외력을 가하지 않았을 때,

물체가 가만히 있는 경우는

수직항력과 중력이 동일하기 때문이다

 

마찰력은 물체의 질량에 따라 비례할 가능성이 높지만

실질적으로 수직항력과 중력의 상황에 따라 마찰력과 질량은 크게 연관성을 가지지 않는 경우가 있다

그리고 물체가 어떤 표면에 있느냐에 따라서 외력이 다르게 작용한다

 

외력과 마찰력의 비교를 통해서

외력이 더 크다면, 물체가 움직이고

마찰력이 더 크다면, 물체가 움직이지 않는다

 

 

정지 마찰력(Static Friction Force)과 운동 마찰력(Kinetic Friction Force)

 

외압을 주면 마찰력이 0부터 점점 증가하게 된다

그리고 물체가 정지상태로 있다가 운동상태로 변환되는데

이러한 상태 변환이 일어나는 지점을 최대 정지 마찰력이라고 부른다

 

Fs에서 s는 static(정적인, 정지된)을 의미하고 Fk에서 k는 kinetic(운동하는)을 의미한다

µ는 뮤라고 부르며 비례상수를 의미하고

여기서는 마찰 계수를 의미한다

s는 마찰계수의 크기를 의미한다

N은 수직항력을 의미한다

 

 

마찰계수(Coefficient of friction)

큰 직각 삼각형과 작은 직각 삼각형의 닮음을 이용해서

중력, 수직항력, 힘, 마찰력을 구할 수 있다

요소들은 아래와 같다

 

Fw: 중력(물체의 질량에 의해 발생하는 중력)

Fn: 수직항력

Fp: 표면에서의 중력(물체의 표면에 대해 작용하는 압력), 해당 벡터로 내려가려는 힘(Force)

Ff: 마찰력

 

위 그림을 통해서

Force와 friction은 아래와 같이 정의된다

 

Force와 friction의 비교를 통해서 물체의 움직임이 정의되는 점을 이용하면,

F와 f는 아래와 같은 결과로 비교가 된다는 것을 알 수 있다

 

이를 통해 우리는 마찰계수를 구할 수 있다

 

이러한 마찰계수를 유니티에서는 직접 지정할 수 있다

3D에서는 static friction과 kinetic friction을 각각 지정할 수 있다

2D에서는 static friction과 kinetic friction을 하나의 값으로만 지정할 수 있으며

물체가 정지 상태에서는 static friction이 적용되고, 물체가 움직일 때는 kinetic friction이 적용된다