静止摩擦係数>動摩擦係数となるのはなぜ?

質問

以前同じ質問をさせていただきました。(http://okweb.jp/kotaeru.php3?q=1521887)
そのときは一応納得したのですが、やはりしっくりこないので再質問してみました。
以前にいただいた、あるいは調べた回答と、それに対するしっくりこない点
1.経験則だ
　→本当に経験則なのか?　アモントン-クーロンの摩擦法則の中に静止摩擦
　　力が動摩擦力よりも大きいというのがあるが、法則になっているのだか　　ら何か根拠があるのではないか?
2.静止摩擦係数<動摩擦係数とならないことは明らかだから
　→確かに静止摩擦係数<動摩擦係数とならないのはわかるが、これは根拠に
　　なるのか?
　　静止摩擦係数<動摩擦係数でないなら、静止摩擦係数>動摩擦係数という
　　命題の対偶を考えると違うのではないか?
3.やってみれば明らか
　→それはわかります。私も実験をして、結果こうなることはわかっていま
　　す。ただ、実験でそうなったから正しい、というのはおかしくないです　　か?
4.半球状のぼつぼつがたくさんあるとイメージして、最初動き出す前には、その山を越えないといけませんが、いったん動き出してしまえば、動いているので、谷の一番下までは落ち込まないから
　→その論を展開するには、摩擦とは物質どうしのひっかかりが原因という
　　ことが前提になりますが、その論は、摩擦熱が発生する理由について述
　　べられないのでおかしいという話を聞いたことがあります。しかも、動
　　いているので谷の一番下までは落ち込まない、というところに?です。

結局、摩擦ってなんだ?っていう問題にまで立ち戻ることになると思います。もちろん摩擦の問題というのはまだまだわからないことが多い分野だということも知っています。それを含めて、問題に対して回答していただける人がいましたらお願いします。何かありましたら補足いたします。

回答No.5

dai0222

うろ覚えなので間違っていた場合はご容赦ください。

摩擦がどのようなメカニズムで生じるかは完全には理解されていません。
その中で，静摩擦と動摩擦の違いを説明する説の候補として，"食い込みの違い"があります。
接触する両者の表面には微小な凹凸があり，実際にはこれが食いこんでいます。
この食い込み量が大きいと，動かす時の抵抗となり，摩擦となります。
(食い込んで壊れた部分が摩耗紛となります。)

静摩擦では，食い込むのに十分長い時間がたっているので，動かす時の抵抗が大きく，
動摩擦では，非常に短い時間しか同じ場所に留まっていないので，動かす時の抵抗が小さくなります。

摩擦減少は，これ以外にも，分子間力や，化学反応，もっと大きなスケールでの表面の凹凸など，様々な因子が関与しており，上記の説明だけでは全ての現象を表現できるわけではありませんが，少なくとも，固体同士の摩擦に関しての説明としては，有力なものという位置付けになっていたと記憶しています。

補足

今No.5の方まで読ませていただきました。回答してくださった方、ありがとうございます。
皆さんの意見を聞いて、また私もこの間にいろいろ考えていたのでいろいろ書くことがあるのですが、それを文章として表すのに少し時間が要りそうです。今日の夜にでも、それを「お礼」の欄に書き込むので読んでいただけたら、そしてもう一度回答していただいちゃったりしたら、幸いです。
8/11 9:30

回答No.4

Masye

摩擦の原因は大きく２つあると考えます。１つは分子間力等の引き合う力、もう１つは凹凸によるものです。
　分子間力は距離が近ければ近いほど強いので、動いている物質はわずかに浮いている状態であるから、動摩擦の方が分子間力が弱い。このことを証明しているかは分かりませんが、液体ヘリウムの実験（？）があります。液体ヘリウムはあまりに分子間力がないため、ビーカーから流れ出てしまいます。（ビーカーをのぼってこぼれ出てしまう）
　凹凸は静止状態にあると深くまで入っている状態になりますが、動いている場合は少し浮いている状態にあるので、動摩擦力の方が小さい。また、今回の議論において摩擦熱との大きな因果関係はないかと思います。
　以上が私の考えです。

回答No.3

space-alien

考え方はNo2サンと同様です。

　動き出す前は、抵抗になる接触面積が広く、動き出した場合は、僅かに浮き上がる状態になり、接触面積が減少するため、摩擦力が減少するのではないでしょうか。

　ただし、例外としてマイクロ単位で平面な金属などの密着するような場合は、前回の他の方の回答のとおり、分子や原子間の力（たとえばファンデアワールス力）なんかも関係してくると思います。

　接触面積は「μN」を考えれば、Ｎは一定なので影響しないように思われますが、ミュー（動摩擦係数と静止摩擦係数）が、最初に書いた理由により変わるものと思います。

回答No.2

ymmasayan

私は４番の説だと思います。
１）上下方向に対する慣性で谷まで落ち込まないのだと思います。
　　自動車が悪路を高速で通り抜けた場合と同じでしょう。
　　これは速度が上がると動摩擦係数が下がることとも符合します。
２）摩擦熱は凸部が振動を繰り返すためだと思います。
　　針金を繰り返し折り曲げると発熱し、最後に金属疲労で折れます。
　　これと同じでしょう。
　　凸部が削り取られるからと言う説もあるようですがそれも少しは有るかと。

回答No.1

2531kbps

慣性の法則で、止まっている物体よりも、動いている物体の方が小さな力で動かせそうな気がします。
しかし、浮いているエアーホッケーの球（というか円盤か）を考えると、停止状態 → 動き出すまでと、継続的に動かすのでは、同じ力でできそうだし、不思議です。

もしパスカルが居たら、どんな空想実験をするのだろうか・・・。摩擦に関しては原子レベルで考える必要がありそうですね。

もしかしたら、ほとんど完璧に滑らかな水平面同士は接着剤が無くてもぴったりくっつくことから、大気圧が関係しているとか？なことはないなあ。

面白そうな実験として、以下のパターンを考えてみました。
(1) 超低温下でやってみる。電気抵抗がゼロの世界で変わるか？
(2) 非常に摩擦が大きい物体と、逆に摩擦が小さい物体を調べてみる。鍋のテフロンとか。ゴムとか。

詳しくは、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%91%A9%E6%93%A6%E4%BF%82%E6%95%B0
かな。