平らな金属の表面をお互いに限りなく平滑にするとくっ付いてしまうのはなぜですか

質問

東京天文台の近くの町工場で天体望遠鏡の台座の摺動部品を手加工しているシーンを昔TVで見ました。
スムースな動きを得るために限りない平滑を求めてヤスリがけしていくのですが、行き過ぎると金属同士が張り付いてしまうので直前で止めるのが技だとナレーションが流れていました。
この場合、接合してしまった金属はどの程度の強度で接合しているのでしょうか？
一体の金属そのもの、溶接程度、半田付け程度などの大雑把な表現でかまいませんので教えてください。
出来ればわかりやすい理屈もお願いします。

回答No.9

noname#142909

何かテレビで見ましたね
直径1cm程度の金属を磨いて二つをくっつけると人間がぶら下がれるという実験でした
引力って言ってましたね

回答No.8

kichi8000

ヤスリがけ程度で金属間の隙間をゼロにすることはできない。

したがって、吸盤のように吸着する。

この状態ではずらすことができ、ずらすことで容易に離すことができる。

それから、金属面同士がこすれるたり外圧が加わることで面同士が変形しさらに密着度が高まると、ファンデルワールス吸着が発生する。
ここまで行くと真空ではない状態。

かなりの強さでたたいてずらすことができるが、すぐには離すことができない。

距離の６乗に反比例するという説明があるものの、強さはわからなかった。

もっと圧力を加えると、金属結合と等距離になれば金属結合で接着するし、そうなると剥がすことができなくなる。

回答No.7

maccha_neko

＞「かなり強い結合」を何かと比較していただけるとありがたいです。
ラッピング（研磨の方ですね）でも相当なレベルにいけるそうで，だいぶ前なので記憶が曖昧ですけど，以前大学の先生に伺ったときには，数cm角もあれば人間一人ぶら下げられる位にはなる・・なんていうお話だったと思います．・・とすると，「アロンアルファ」くらいっていう感じなんでしょうか（比較が変？）
学生さんに体験させたいのだけど，一度くっつけると本当に取れなくなってしまうので，ある程度吸い付くような感じを味わってもらうくらいのレベルまでにしているのだとかなんだとか．

回答No.6

htms42

ちょっと揚げ足取りのような感じになりますが

「分子間力」というのは分子の間に働く力です。砂や岩石は分子で出来ている物質ではありません。
したがって砂や泥が固くなる原因となる力は分子間力ではありません。

距離の二乗に半比例する力は静電引力です。
分子間力はもっと弱い力です。
分子間力、またはファンデルワールス力で調べてみてください。

回答No.5

debukuro

分子間引力です
限りなく平滑にするということは分子間の隙間をなくすということです
完全に平滑になると分子間の隙間がゼロになります
分子間の引力の強さは（分子間だけでなく天体間でも）距離の二乗に反比例するので実際の隙間がゼロになればブラックホールになります
これは極端な例です

砂場の砂が永い間に石のような固まりになるのも分子間引力です
砂岩がそのいい例です
地下の圧力で押し固めるだけであのように強固にくっついてしまうのです

回答No.4

maccha_neko

金属原子同士の結合でしょう．完全になだらかな表面を作ることができればかなり強い結合になります．家庭での食品ラップ同士が張り付いてしまうような感覚にも近いかもしれませんね．
溶接は母材料とともに溶解して合金化します．半田付けの場合にも表面に合金層ができています．理屈が違うのでちょっと比べるのは適切ではないかと思います．

補足

表現不足で申し訳ありませんが、母材そのもの、溶接、半田は強度の比較のための便宜で接合の仕組みを言っているのではありません。
ちょうどあなたがラップを引き合いに出されたように、イメージです。

所詮ヤスリ掛け方式ですから、完全な不純物を含まない分子同士の隣り合わせというのは現実的な想定とは言えないので、強度としても金属母材そのものという比較の基準は取り消させていただきます。

「かなり強い結合」を何かと比較していただけるとありがたいです。

回答No.3

Us-Timoo

溶接とか半田付けのように接合するのではないのです。
寸分の隙間も表面の凹凸が限りなくなくなれば
それぞれの表面のあいだにある空気の層がなくなり
入り込む隙間も無いため、張り付いたようになるのです。

だから、単純に引っ張るだけでははなれなくなるのです。

その表面をずらすようにすれば
簡単にはなすことが出来るはずです。

補足

ずらせば、というのは似たような経験から分かります。
しかし、ずらすにも相当な力が要りますか？

回答No.2

htms42

＞一体の金属そのもの、溶接程度、半田付け程度

溶接も半田も基本的には金属そのものと同じ結合の仕方をしていると思います。
金属原子と金属原子がごく近い距離で接触しているのです。
これを部分的に金属を溶かして混ぜ合わせて実現している事になります。固体と固体の接触ではどうしても隙間が出来てしまいますので液体状態にして接触をよくしています。
ただ半田も溶接も金属の種類が同じではありませんのでいくらかギクシャクしたところがあるというのは仕方がありません。

限りなく滑らかにするというのは
金属と金属を極限的にうまく接触させるということになります。
平面同士の間隔を金属内部の金属原子の間隔と同じ程度にすることが出来れば一体の金属と同じになります。
普通は面としてそういう状態を実現するのは難しいですから一体の金属よりも強度は小さくなるでしょう。でも間に空気がない事による圧力差が原因ではありません。圧力差が原因であれば１ｃｍ２当たり１ｋｇ重の力しかでてきません。金属結合が生じればもっと大きな力が期待できます。
直径が１ｍｍの針金であれば人がぶら下がっても大丈夫でしょう。
直径が１ｃｍの針金に読み直すと人が１００人ぶら下がっても大丈夫という事になります。直径が１ｃｍの断面積は１ｃｍ３よりも小さいです。針金の強度は大気圧から予想される力に比べて格段に大きいことがわかります。

二枚の金属板を接触させて一緒に回転させたい、しかし張り付いてもらっては困るという難しい条件の場面があります。
自動車のクラッチ板です。押し付けた時は摩擦が大きくなって一緒に回転するのです。滑ると困ります。でも簡単に離れてくれなくてはいけません。潤滑油には特別な能力が要求されます。
オイルの膜が破れると金属板が生で接触してしまいます。焼きついてしまうという現象が起こります。

補足

強度については大体の見当がつきました。

ご回答を拝見しながら番組を思い起こして見ましたら、張り付いてしまうという表現の解釈に疑問を感じはじめました。
番組では素っ気ない表現で張り付いてしまうとサラリと流していたのを私が拘って拡大解釈してしまったのではないかと・・・
そこで同時に思い出したのが、仕上げ砥石を中砥石で修正することを何度か経験していますが、目的に近くなるに従い張り付いて動かなくなりますが、あれと類似の事なのかとも思えます。

回答No.1

kichi8000

真空です。

究極の吸盤と言ったらいいでしょうか。

補足

空間が無くても真空と言うのでしょうか？