摩擦・せん断

物質の力学に関わる現象に「摩擦」と「せん断応力」がある。電気工学、自動車工学、機械工学などの関連分野をより深く理解するためには、摩擦やせん断応力についてよく理解することが重要です。また、摩擦やせん断応力は、私たちの日常生活においても重要な役割を担っています。これらの力がなければ、私たちが日々行っている仕事の大半はできないでしょう。今回は、摩擦応力とせん断応力とは何か、摩擦応力とせん断応力の正しい一般的な定義、その応用と計算、両者の類似点、そして最後に相違点について説明します。

摩擦

摩擦は、私たちが日常的に体験している抵抗の中で、最も一般的なものでしょう。摩擦は、2つの粗い面が接触することで発生する。摩擦のモードは5つあります。2つの固体間で起こる「乾性摩擦」、粘性とも呼ばれる「流体摩擦」、2つの固体が液体の層で隔てられている「潤滑摩擦」、液体の中で固体が動く「皮膚摩擦」、固体の内部で摩擦が起こる「内部摩擦」などがある。ただし、乾式摩擦の代わりに「フリクション」という言葉を使うことがほとんどである。これは、各面にある粗い微細な空洞が互いに協力し合って動こうとしないためです。2つの面の間の乾式摩擦は、摩擦係数と物体に作用する面に垂直な反力によって決まる。2つの表面間の最大静止摩擦は、動摩擦より少し高いです。なお、摩擦は法線方向の反力に依存するが、常に表面に対して接線方向であるため、反力に対して法線方向であることに注意する必要がある。

せん断応力

せん断応力は、変形する力である。固体の表面に接線方向の力が加わると、固体は「ねじれる」傾向がある。そのためには、固体が力の方向に動かないように固定する必要がある。せん断応力は1平方メートルあたりのニュートン、または一般にパスカルとして知られている単位で測定されます。また、パスカルは圧力の単位であることが分かっています。ただし、圧力は表面に垂直な力を面積で割ったものであるのに対し、せん断応力は表面に平行な単位面積あたりの力として定義される。また、固定された物体に作用するモーメントは、せん断応力を発生させる。固体だけでなく、流体もせん断応力を持つことが定義されています。物体にはせん断弾性率と呼ばれる性質があり、これは与えられたせん断応力に対して物体がどれだけねじれるかを示しています。これは、対象物の形状、大きさ、材質、温度によって異なります。構造工学や自動車工学におけるせん断応力は、設計や実施において大きな要因となります。