摩擦

摩擦、ある固体オブジェクトが別のオブジェクト上を滑ったり転がったりするのに抵抗する力。滑らずに歩くために必要な牽引力などの摩擦力は有益かもしれませんが、それらはまた、動きに対する大きな反対の尺度を提示します。自動車のエンジン出力の約20%は、可動部品の摩擦力を克服するために消費されます。

摩擦力

動摩擦や静止摩擦などの摩擦力が静止中および移動中のオブジェクトにどのように作用するかを示す図。

EncyclopædiaBritannica、Inc。

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金属間の摩擦の主な原因は、表面の接触領域間の接着と呼ばれる引力であるように見えます。これは常に微視的です。不規則。摩擦は、これらの「溶接された」接合部のせん断と、より柔らかい表面を横切って耕すより硬い表面の不規則性の作用から生じます。

2つの簡単な実験的事実が、滑り固体の摩擦を特徴づけます。まず、摩擦の量は接触面積にほとんど依存しません。レンガがテーブルに沿って引っ張られた場合、摩擦力は、レンガが平らに横たわっていても、立っていても同じです。次に、摩擦は、表面を一緒に押す荷重または重量に比例します。 。3つのレンガの山をテーブルに沿って引っ張ると、摩擦は1つのレンガを引っ張る場合の3倍になります。したがって、荷重Lに対する摩擦Fの比率は一定です。この一定の比率は摩擦係数と呼ばれ、通常、ギリシャ語の文字mu(μ)で表されます。数学的には、μ= F / Lです。摩擦と荷重の両方が力の単位(ポンドやニュートンなど)で測定されるため、摩擦係数は無次元です。係数の値fの1つまたは複数のレンガがきれいな木製のテーブル上を滑る場合の摩擦は約0.5です。これは、レンガを一定の速度で動かし続けるための摩擦を克服するためだけに、レンガの重量の半分に等しい力が必要であることを意味します。摩擦力自体は、オブジェクトの動きとは反対の方向を向いています。これまでに説明した摩擦は、相対運動する表面間で発生するため、動摩擦と呼ばれます。

対照的に、静止摩擦は、静止している表面間で相互に作用します。静摩擦の値は、ゼロとモーションを開始するために必要な最小の力の間で変化します。モーションを開始する、または静止摩擦を克服するために必要なこの最小の力は、モーションを継続するため、または動摩擦を克服するために必要な力よりも常に大きくなります。

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転がり摩擦は、ボールベアリングやローラーベアリングのように、ホイール、ボール、またはシリンダーが表面上を自由に転がるときに発生します。転がりにおける摩擦の主な原因は、物体の変形に関係するエネルギーの散逸であるように思われます。硬いボールが水平面上を転がっている場合、ボールはやや平らになり、水平面は接触している領域でいくらかへこんでいます。接触領域の前部で発生する弾性変形または圧縮は、物質が後部で通常の形状に戻るため、完全には補償されない運動の妨げになります。 2つの物質の内部損失は、ボールが落下したレベルに跳ね返らないようにするものと似ています。すべり摩擦係数は、一般に、対応する材料の転がり摩擦係数の100〜1,000倍です。この利点は、歴史的にそりからホイールへの移行によって実現されました。 (力学を参照してください。)

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