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摩擦系数（抵抗）はどっちが高い？ 凹凸有りと無し
- 摩擦系数を測定するために、鉄のブロック表面を微細な凹凸またはフラットにし、一定の荷重をかけて薄鋼板を挟んで引き抜く力を計測した結果、凹凸面とフラット面の摩擦系数の比較にバラツキがあります。凹凸面は接触面積が少ないため面圧が高くなりますが、摩擦の式には面圧は関係ありません。
- 凹凸面が薄鋼板に食い込まない場合、凹凸面とフラット面とでは摩擦抵抗は変わる可能性があります。一般的には凹凸が摩擦系数を上げると考えられますが、変形がない程度の荷重負荷の場合において、鉄ブロックの凹凸施工とフラット面ではどちらが摩擦系数が高いのかは明確ではありません。接触面積が少ない分、凹凸面の方が摩擦系数が低い可能性もあります。
- 摩擦系数の比較については、薄鋼板に食い込みや変形がない程度の荷重での実験が必要です。また、滑り止めやグリップなどの実用的な観点からは、凹凸がある方が摩擦系数が高いと考えられます。しかしながら、具体的な条件によって結果は異なるため、詳細な解析や実験が必要となります。
- その他（表面処理技術）
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変形の生じ難い鋼を研磨して数ミクロンのオーダーで凸凹を無くしていくと ピタっと吸着してしまうことがある。このことが摩擦係数を測定する場合に 障害というか問題になる気がする（液体の表面張力によるのかな） 一般には凹凸の差と摩擦係数は比例になると思うが実機械設計では鋼の摩擦面 に油分が全く無いということが稀なので、凹凸が有れば却って油溜りになって 摩擦係数が下がることになる？ となると面に介在する物質（極端には空気） などの影響がかなり大きく影響するのは間違いないので、ここら辺に問題は？
弾性変形で食い込み量がポイントになります。 転がり摩擦係数でも、同じ内容で摩擦係数が上下します。 自動車を例に上げますと、ブレーキを掛けていないアスファルト面を水平に 動かす事は比較的簡単ですが、タイヤが窪み（凹部）に嵌ると簡単に動かす 事はできなくなります。 これは、軟らかい路面が自動車の重量で変形して窪んだ事と同じで、この事 が路面に食い込んだ事になり、動かす力が増した（摩擦係数が増した）事に なります。 以上のような食い込みが、滑り摩擦係数でも重要です。小さい段差を乗り越え て運ぶ事と原理が同じですから。 弾性変形は、ゴムでも鉄鋼でも起きます。只、荷重による変化量が異なるだけ です。それが、硬さの表現にもなります。 さて、変形（食い込み）が伴わない前提であれば、氷上のフラット面の移動と 凹凸面の移動とでは 負荷荷重が同じであればその移動させる力（摩擦系数） は同じでしょうか？は、ＹＥＳと思っています。 只それは、凹凸面の凸部が凸凹していなく、且つ平面上にある場合です。 しかし、凸部が場所によって凸凹していから、大きな窪みと同じ事になり、 ＮＯとなってしまいますし、変形が伴わない物や条件は殆ど存在しなく、凸部 に接する相手側の面圧が高くなり、凹を反転したような形で変形し、食い込ん だ形状となり、そこに段差ができます。 すると、その段差を乗り越えた横滑りでの移動となるので、より大きな力が 必要で、摩擦係数が高くなる事になります。 表面仕上げの細かい凹凸は、食い込みや変形なしではなく無視してよい変形 なのでが正しい表現です。 面圧が違う事も、無視してよい変形の範囲か、無視できない変形の範囲かで 考察が異なりますが、貴殿がイメージしている面圧違いは、無視できない変形 の範囲と思います。
上記の条件として圧がかかっても食込まないという部分がキーになります。 同じ材質の物で同じ荷重をかけ挟み込んだ場合、凹凸ありの方が簡単に抜けます。 食込んでいれば、話は異なります。
お礼
分殿 アドバイス有難うござます。 分さんのおっしゃる 「同じ材質の物で同じ荷重をかけ挟み込んだ場合、凹凸ありの方が簡単に抜けます。」 と言うのは ご紹介頂いたＵＲＬの記述と違うような気がします ＵＲＬの内容には ダ・ヴィンチとアモントンの発見として 「摩擦力が見かけの接触面積によらないこと」とあり 「摺動する面の面積に摩擦力が無関係なのは、マクロレベルの仕上げでは表面の凹凸があり、原子レベルの相互作用の生じるぐらいの距離に近づく部分（真実接触面積）が極めて限られていて、みかけの接触面積が意味をもたない」 となっています。 要するに分様のおっしゃる凹凸ありが簡単に抜ける＝摩擦系数が少ない っていう 説明とは異なってます。 ＵＲＬによると凹凸があっても無くても 摩擦系数には無関係＝凹凸有り無しでも同じ摩擦系数 って説明していると理解できます。 何か明確に凹凸有りの方が摩擦系数が小さいって説明はどこかにないでしょうか？ なかなか理解に苦しんでます。 以上 宜しくお願い致します。
お礼
後の先、アフターユー様 アドバイス有難う御座います。 アドバイスを理解しようとじっくり考えさせて頂きましたが、変形（食い込み）が伴わない前提であれば、氷の上のフラット面の移動と凹凸面の移動とでは 負荷荷重が同じであれば その移動させる力（摩擦系数）は同じでしょうか？ また、後の先、アフターユー様のアドバイスでは ?タイヤが窪むのと ?柔らかい路面が変形したのと同じとの解説ですが、 私が思うに ?の場合は単純に面圧が下がっているだけで?の場合は現実には路面の変形部が抵抗になり（タイヤが変形部に嵌まり込んだりとか） ?と?は違う減少の様に思えまが、理解が違いますでしょうか？ 私が悩んでいるのは 食い込みや変形なしで 接触面積の違い（即ち 面圧の違い）だけで 摩擦系数はかわるか？ 変わるなら 面圧の高い、低いでどちらが摩擦系数が高いか？ってことです。 勿論 「食い込みが、滑り摩擦係数でも重要です。小さい段差を乗り越え て運ぶ事と原理が同じですから。」→要するに 変形が伴う場合は摩擦系数が高くなるってのは理解できます。