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 摩擦係数を決定する因子は何なのでしょうか?
 例えば、接触面が同じ材質で、表面粗さのみが異なる2つの場合の最大摩擦係数を考えます。感覚的には粗い方が、摩擦係数が大きそうですが、摩擦がクーロン力だとすると、接触面積の多い滑らかな方が大きくなりそうな気がします。果たしてどっちが「大」なのでしょうか?

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A 回答 (2件)

岩波新書に「摩擦の話」という本があります。


その本の中でこのことが出てきます。

普通は表面の粗さが摩擦の原因であるとされています。
そうであれば表面をきれいに磨いていけばどんどん摩擦が小さくなるというのが予想されます。
ところが金属などではある程度表面が滑らかになったところで摩擦が大きくなるというのです。
本の中では「きれいに洗ったお皿の上のガラス製の紅茶のカップが斜めにしても滑らなくなる」という例を挙げています。
「分子間力」が原因だ書かれていたと思います。(金属や陶器には分子が存在しませんのでイオンの間に働く力、原子の間に働く力が原因だということになります。)
こういう力は静電的な引力によるものですから元をたどればクーロン力と言うもいいでしょう。

この本の著者の「曽田・・」は軸受け、潤滑が専門の人です。
エンジンの中での焼き付きを防ぐためには潤滑油(エンジンオイル)の利用が絶対に必要です。ピストンとシリンダーの金属が直接接触しないように油膜を維持するというのが難しいようです。どこかで油膜が切れて直接金属が接触すると焼き付きが起こってしまいます。
エンジンだけではなくて回転部分のあるところではいつも問題になるようです。
(この本は絶版かもしれません。)

どちらが大きいというのではなくて現れる場面が異なるということになるようです。
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摩擦係数に関係あるのは表面粗さのほうです。

クーロン力は関係ありません。
たとえば、斜面上を何かの物体を滑らす場合、クーロン力はあまりにも小さいので無視できます。

では、クーロン力が無視できない場合。
たとえば、土が地すべりを起こすかどうかを検討する場合。
http://www.venus.dti.ne.jp/~riichi/engn/AcFaiC/n …
τ=C+σtanφとなります。
これは、単位面積あたりに換算しているので、
τ:せん断力(抵抗力に相当。)
σ:鉛直応力(鉛直力に相当。)
tanφ:静止摩擦係数
C:粘着力
となり、粘着力(クーロン力によるほう)は、鉛直力に関係なく一定値をとります。
※一定値とは、延長力に関係なく、面積に比例した抵抗力が発生するということです。
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