静的摩擦とは

静摩擦とは、オブジェクトが最初に静止しているときに、2つのオブジェクトが互いに動くのを妨げる力です。 簡単な例は、ランプの上に座っている木製のブロックです。ブロックをランプの下にスライドさせるには、力を加える必要があります。 別の用語である動摩擦は、すでに互いに動いている物体に対抗する力に適用されます。 これらの力の強さは計算でき、摩擦係数として知られています。 現実の状況では、静摩擦係数はほぼ常に動的の係数よりも大きいことがわかりますが、オブジェクトの表面が完全に洗浄されている慎重に制御された実験では、2つは一般的に同じです。

通常、サーフェス上のオブジェクトに適用される力が増加すると、オブジェクトに合わせて静止摩擦力が最初に増加し、オブジェクトが移動しなくなります。 ただし、特定のポイントの後、オブジェクトは動き始め、このポイントで摩擦力が低下するため、オブジェクトを動かし続けるために必要な力は小さくなります。 たとえば、摩擦力は適用された力と最大50ニュートンに一致する場合があります—力はニュートン（N）で測定されますが、その後、40 Nに低下する場合があります。したがって、オブジェクトを取得するには50 Nを超える力が必要です移動しますが、その後、わずか40 Nで十分です。

係数の計算

静止摩擦係数は、任意の固体材料または材料のペアに対して計算できます。 したがって、係数値は、木材の木材、鋼の鋼、または木材の鋼に適用される場合があります。 材料のペアの値を計算する1つの方法は、1つの材料のブロックを他の材料で作られたランプに配置することです。単一の材料では、ブロックとランプは同じ物質で作られます。 ブロックが滑り落ちるまで、ランプの傾斜は徐々に大きくなります。 これが発生する角度を使用して、静止摩擦係数を計算できます。

係数は、式や方程式で使用される場合、記号μ—ギリシャ文字muが与えられます。 通常、2つの区別には下付き文字が使用されます。μsは静摩擦を示し、μkは動摩擦を示します。 たとえば、鋼上の鋼のμsは0.74ですが、この材料のμkは0.57です。 これらの値は、典型的な実際の状況用であり、状況に応じて少し異なる場合があります。 μs値は、表面の不規則性、汚れ、および他の物質の痕跡の影響を受ける可能性があるため、μk値はより正確であると見なされ、単純な摩擦係数が必要な場合に通常与えられる値です。

摩擦に影響する要因

多くの要因が静摩擦に寄与しますが、通常、最も重要な要因は表面の粗さです。 滑らかにした場合でも、表面の細かい点に関しては、さまざまな素材が異なります。 実際的には、完全に滑らかな表面はありませんが、他のものよりも大きな凹凸があるものもあります。 違いは明らかです。たとえば、シルクシートは非常に滑らかな質感で摩擦が少なく、一方、乾燥したアスファルト道路は粗く、動きに対する抵抗が大きくなります。 他の要因には、静電引力と表面間に形成される可能性のある弱い化学結合の種類が含まれます。

例

多くの人が静的摩擦に慣れているのは、ほとんど毎日のように静的摩擦に遭遇するからです。 たとえば、誰かがテーブルを横切って本をスライドさせると、仕事になります。 最初は、本を動かすためにわずかな力をかける必要がありますが、本が動くと動摩擦が作用し、本を動かすのに必要な労力は少なくなります。 必要な力の量は、状況によって異なります。 たとえば、本に図書館の表紙が付いていて湿っている場合、濡れた本は移動するのにさらに力が必要になりますが、新品のペーパーバック本はニスを塗った表面の乾燥した木製のテーブルを簡単にスライドできます。

静摩擦係数と動摩擦係数の表は、多くの一般的な材料とその組み合わせで利用できます。 値が大きいほど摩擦が大きくなるため、モーションを発生させるためにより多くの力を加える必要があります。 たとえば、アルミニウム上のアルミニウムのμsは1.05〜1.35で非常に高く、PTFE上のポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の値は0.04であり、非常に低く、非常に滑りやすくなります。 タイヤと地面の間に意図的な摩擦があるため、停止した車を動かすことは困難です。 これにより、ドライバーはより制御しやすくなり、車が横滑りする可能性が低くなります。

制動距離の計算

静摩擦の適用例の1つは、特定の条件で特定の速度で自動車のブレーキング距離を計算することです。 通常の状況では、タイヤが路上で回転しているとき、運動摩擦ではなく静的摩擦が適用されます。 乾いた道路での乾いたタイヤのμsは約1.00ですが、濡れた道路での濡れたタイヤの値はわずか0.2です。これは、濡れた状態での破壊距離が5倍になることを意味します。 乾燥状態では、時速31マイル（50 kph）で走行する自動車の制動距離は33フィート（10メートル）ですが、湿潤状態では、制動距離は164フィート（50メートル）になります。 タイヤが表面に沿って転がるのではなく、滑っているとき（氷のような状況の場合のように）、重要なのは動摩擦です。