静的摩擦は動摩擦よりも大きくなります。これは、物体が動くと抵抗するために働く力よりも、物体を静止させておくために働く力の方が大きいからです。
大きなパーティーや季節ごとのスペースの変更のために、友人がアパートを再配置するのを手伝ったことがありますか?ほとんどのアイテムは簡単に移動できますが、重いものは通常、チームワークと共同作業が必要です。部屋の片側から反対側にソファを移動する前に、移動する場所について話し合うのが一般的です。これは、移動の回数をできるだけ少なくしたいためです。
夫婦移動ソファ (写真提供:Andrey_Popov/Shutterstock)
ご存じないかもしれませんが、移動回数を最小限に抑えたい理由は、静止摩擦と動摩擦によるものです。基本的に、大きなソファが実際に床を横切って移動すると、数フィートごとに停止して休むよりも、新しい場所に到達するまでスライドし続ける方がはるかに簡単です.なぜそうなのですか？より具体的に科学的に言えば、静止摩擦が動摩擦よりも大きいのはなぜですか?
摩擦の科学
「摩擦」という言葉になじみのない方のために説明すると、「摩擦」とは、ある物体または表面が別の物体または表面の上を移動するときに受ける抵抗です。 乾燥摩擦、皮膚摩擦、内部摩擦、流体摩擦など、流体層やその他の物質に適用されるさまざまな種類の摩擦があります。 と潤滑摩擦 .これらは、物体が存在するさまざまなシナリオに適用できます。たとえば、皮膚の表面を流れる流体の摩擦から、物体の形が (化学的または物理的に) 変化する際の内部抵抗まで、さまざまなシナリオに適用できます。
摩擦は、数え切れないほどのさまざまな方法で動きに抵抗し、安定させることを考えると、世界で重要な力です.足と地面の間の摩擦力により、地面を横切って速度を上げることができ、平らな面を前方に「押す」力が得られます。同様に、自動車は、高速道路を下ったり、急カーブを曲がったりするときに、摩擦を利用して制御を維持しています。摩擦の主な結果は、2 つの表面間の摩擦が運動エネルギーを熱に変換するため、熱の形でエネルギーを生成することです。ただし、すべての摩擦が良いわけではありません。靴の裏、家具の床面、車の車輪などに摩耗や損傷が生じる可能性があるためです。
今日は、乾燥摩擦に適用される 2 種類の抵抗、つまり、表面が接触している 2 つの固体オブジェクトの動きに対抗する力を見ていきます。上記のソファが部屋を横切って移動している例は、乾燥摩擦の一形態であり、私たちの日常生活に最もよく当てはまる基本的なタイプです.
動摩擦と静摩擦
2 つのオブジェクトを互いに移動させるときに発生する 2 種類の摩擦は、静止摩擦と動摩擦です。静止摩擦は、静止している物体を所定の位置に保持する力です。この静止摩擦は、物体に加えられた力が静止摩擦力に打ち勝つまでそのまま残ります。重力は、静止しているか動いているかにかかわらず、常にオブジェクトに作用しているため、簡単にするために、この説明から除外することができます.
摩擦の説明
静的摩擦
静摩擦について議論するとき 、ミクロレベルに落とし込むことが重要です。どんなに滑らかな手触りであっても、あらゆる物体の表面は微視的なスケールで凹凸があります。真新しいリノリウムの床でさえ、顕微鏡で調べると山と谷があり、山脈と峡谷に満ちた表面の地形図のようです。より正式には、これらの小さな表面の凹凸はアスペリティと呼ばれます。独自の凹凸を持つ別のオブジェクトが床と接触すると、これらの凹凸が相互に作用し、2 つのサーフェス間の実際の接触点を表します。箱が床に「平らに」置かれているように見える場合がありますが、これは目に見える接触領域にすぎません t; 実際の接触領域と呼ばれる、微細な凹凸が相互作用する特定の点のみが接触しています。 .
分子レベルでは、これらの実際の接触領域には莫大な圧力がかかり、分子間力によって分子間の結合 (冷間圧接) が生じます。これにより、動きに抵抗する静止摩擦の主要な要素の 1 つである 2 つのサーフェス間に接着が作成されます。しかし、それだけではありません。アスペリティの干渉により、表面が連動します。言い換えれば、ある地形図の山が別の地形図の谷に落ちることがあります。これは、静止摩擦のしきい値を超える前に、加えられた力によって表面のこれらの領域を変形または移動させる必要があるため、静止摩擦にさらに寄与します。分子間力と表面凹凸の連結の間で、静止摩擦は重要な力を表します!
動摩擦
一方、動摩擦は、静止摩擦のしきい値を超えた瞬間、つまり物体が別の表面に対して動き始める瞬間に現れます。分子間結合が切断され、表面の凹凸がほぐれると、表面は互いに滑ることができます。これは、すべての反対勢力が取り除かれたと言っているわけではありませんが、それらは減少しています。表面の凹凸の間の相互作用は継続しますが、絶え間ない動きのため、互いに「落ち着く」のに十分な時間はありません。同様に、圧縮によって生じる 2 つの表面間の分子間力は発生しません。
動きに対抗する 2 つの力が取り除かれると、動きはより自由に発生するようになります。つまり、動摩擦の力は静止摩擦の力よりも小さくなります。実際には、オブジェクトを動かし続けるために、最初にオブジェクトを動かすのに必要なだけの力を加える必要はありません。別のオブジェクトの表面をスライドさせながらオブジェクトを動かし続けることにより、停止して静止摩擦が元に戻るのを許可するのではなく、移動を完了するために必要な全体的なエネルギー消費を削減します.
最後の言葉
私たちの生活は、動摩擦と静摩擦の間、動きと静止の間で絶え間なく流れています。これらのタイプの摩擦の背後にある基本的な物理学を理解することで、すべてが世界をどのように移動するかについてより深く理解できるようになり、次に友人から風水の助けを求められたときの指針となるかもしれません。 彼らのアパート!
