摩擦を増やす

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ステップに
方法1/2：粗い表面を作成する
方法2/2：液体または気体の抵抗を増やす
警告

すばやくこすり合わせるとなぜ手が温まるのか、2本の棒をこすり合わせて実際に火を起こすことができるのか疑問に思ったことはありませんか？答えは摩擦です！ 2つの表面が互いに擦れると、微視的なレベルで互いの動きを打ち消します。この抵抗は、手を温めたり、火をつけたりするために使用できる熱の形でエネルギーを生成します。摩擦が大きいほど、より多くのエネルギーが放出されるので、2つの動くものの間の摩擦を増やす方法を知ってください。機械システムの部品は基本的にあなたにたくさんの熱を発生させる機会を与えます！

ステップに

方法1/2：粗い表面を作成する

より「粗い」または粘着性のある接点を作成します。 2つの材料が互いに滑ったりこすれたりすると、次の3つのことが起こります。小さな角、ひび、表面の凹凸が引っかかる可能性があります。片方または両方の表面が動きに応じて変形する可能性があります。そして、最終的には、任意の表面の原子が互いに相互作用し始める可能性があります。実用的な目的のために、これらの3つすべてが同じことをします：摩擦を作成します。研磨性（サンドペーパーなど）、変形（ゴムなど）、または粘着性（接着剤など）の表面を選択することは、摩擦を増やす簡単な方法です。
- 技術的な教科書や同様のリソースは、摩擦を増やすために使用する材料を選択するのに非常に役立ちます。ほとんどの標準的な建築材料には、既知の「摩擦係数」があります。つまり、他の表面とともに生成される摩擦の量の尺度です。いくつかの既知の材料の摩擦係数を以下に示します（値が大きいほど摩擦が大きいことを示します）。
- アルミニウム上のアルミニウム：0.34
- 木に木：0.129
- ゴム上の乾燥コンクリート：0.6-0.85
- ゴム上のウェットコンクリート：0.45-0.75
- 氷上の氷：0.01
2つの表面を一緒に強く押します。 物理学の基本的な定義では、オブジェクトが受ける摩擦は法線力に比例します（私たちの目的では、この力はオブジェクトが他のオブジェクトを押す力と同じです）。これは、2つの表面がより強い力で一緒に押されると、2つの表面間の摩擦が増加する可能性があることを意味します。
- ブレーキディスク（たとえば、車や自転車のディスク）を使用したことがある場合は、この原則が実際に機能しているのを見たことがあるでしょう。この場合、ブレーキを押すことにより、摩擦を発生させるブロックのセットが、ホイールに取り付けられた金属ディスクに押し付けられます。ブレーキを強く押すほど、ブロックがディスクに強く押し付けられ、摩擦が大きくなります。これにより、車両をすばやく停止できますが、大量の熱を放出するため、激しいブレーキをかけた後、ブレーキシステムが非常に高温になることがよくあります。
相対的な動きを止めます。 これは、あるサーフェスが別のサーフェスに対して移動した場合、それを停止することを意味します。これまで私たちは焦点を当ててきました動的（または「スライド」）摩擦-2つのオブジェクトまたはサーフェスが互いに摩擦するときに発生する摩擦。実際、この形の摩擦は静的摩擦-オブジェクトが別のオブジェクトに対して動き始めたときに発生する摩擦。本質的に、2つのオブジェクト間の摩擦は、2つのオブジェクトが互いに動き始めたときに最大になります。それらが動くと、摩擦は減少します。これが、重い物体を動かし続けるよりも動かすことが難しい理由の1つです。
- 静摩擦と動摩擦の違いを観察するには、次の簡単な実験を試してください。椅子またはその他の家具を家の滑らかな床に置きます（敷物やカーペットの上ではありません）。家具の底に保護用の「スタッド」や、床を滑りやすくするその他の種類の素材がないことを確認してください。家具を試してみてくださいただそれが動き始めるように十分に強く押してください。家具が動き始めると、すぐに押しやすくなることに注意してください。これは、家具と床の間の動摩擦が静摩擦よりも小さいためです。
表面の間から液体を取り除きます。 オイル、グリース、ワセリンなどの液体は、物体と表面の間の摩擦を大幅に減らすことができます。これは、通常、2つの固体間の摩擦が、固体とその間の液体間の摩擦よりもはるかに大きいためです。摩擦を増やすために、方程式からすべての可能な液体を取り除くことができます。「乾燥した」部分だけが摩擦を引き起こします。
- 次の簡単な実験を試して、液体が摩擦を減らすことができる程度を把握してください：冷たくて暖めたい場合は、手を一緒にこすります。摩擦によって暖かくなっていることにすぐに気付くはずです。次に、手のひらにかなりの量のローションを塗り、もう一度同じことを試みます。手をすばやくこすり合わせるのが簡単になるだけでなく、手が熱くならないことに気付くでしょう。
ホイールまたはキャリアを取り外して、滑り摩擦を発生させます。 ホイール、キャリア、およびその他の「転がり」オブジェクトは、転がり摩擦と呼ばれる特殊なタイプの摩擦を経験します。この摩擦は、ほとんどの場合、同じ物体を地面の上で滑らせることによって発生する摩擦よりも小さくなります。 -これが、これらのオブジェクトが転がり、地面を滑らない傾向がある理由です。機械システムの摩擦を増やすために、ホイールやキャリアなどを取り外して、パーツが転がるのではなく、互いにスライドするようにすることができます。
- たとえば、キャリッジで重い重量を地面に引っ張るのと、キャリッジで同等の重量を引くのとの違いを考えてみてください。ワゴンには車輪が付いているので、地面に沿って引きずりながら多くの滑り摩擦を発生させるキャリッジよりも引っ張るのが簡単です。
粘度を上げます。 摩擦を引き起こす可能性があるのは、固体オブジェクトだけではありません。液体物質（それぞれ水や空気などの液体と気体）も摩擦を引き起こす可能性があります。液体が固体を通過するときに発生する摩擦の量は、いくつかの要因によって異なります。制御が最も簡単なのは粘度です。これは一般に「厚さ」と呼ばれるものです。一般に、粘度の高い液体（「厚い」、「粘着性がある」など）は、粘度の低い液体（「滑らか」で「液体」）よりも摩擦が大きくなります。
- たとえば、ストローに水を吹き込むときと、ストローに蜂蜜を吹き込むときの努力の違いを考えてみてください。水はあまり粘性がなく、ストローの中を簡単に移動します。蜂蜜はストローを吹き抜けるのがはるかに困難です。これは、蜂蜜の粘度が高いと抵抗が大きくなり、ストローなどの細い管に吹き込むと摩擦が発生するためです。

方法2/2：液体または気体の抵抗を増やす

液体の粘度を上げます。 物体が移動する媒体は、物体に力を及ぼし、全体として、物体にかかる摩擦力を打ち消そうとします。液体の密度が高いほど（したがって粘性が高いほど）、与えられた力の影響下でオブジェクトがその液体を通過する速度が遅くなります。たとえば、大理石は水よりもはるかに速く空気中を落下し、シロップよりも水の中をより速く落下します。
- ほとんどの液体の粘度は、温度を下げることで上げることができます。例：大理石は、室温のシロップよりも冷たいシロップの方がゆっくりと落下します。
空気にさらされる領域を増やします。 上に示したように、水や空気などの液体物質は、固体を通過するときに摩擦を発生させる可能性があります。液体物質を移動する際に物体が受ける摩擦力は抵抗と呼ばれます（媒体によっては、「空気抵抗」、「耐水性」などとも呼ばれます）。抵抗の特性の1つは、物体が断面積が大きい場合、つまり、流体内を移動するときにプロファイルが大きいオブジェクトほど、抵抗が大きくなります。これにより、液体が押す表面が増え、オブジェクトが移動するときの摩擦が増加します。
- 小石と1枚の紙の重さがそれぞれ1グラムであるとします。両方を同時に落下させると、小石は真っ直ぐに落下し、紙はゆっくりと渦を巻いていきます。これは、空気抵抗が作用しているところです。空気が紙の大きくて広い表面を押して抵抗を生み出し、比較的狭い断面を持つ小石よりもはるかにゆっくりと紙が落下します。
抵抗の大きい形状を選択してください。 オブジェクトの断面は良いものですが一般は抵抗のサイズを示しますが、実際には抵抗の計算ははるかに複雑です。さまざまな形状は、通過する液体の中でさまざまな方法で動作します-これは、同じ材料で作られた他の形状（球など）よりも耐性のある形状（平板など）があることを意味します。空気抵抗の相対的な大きさの尺度は「抗力係数」とも呼ばれるため、空気抵抗が大きい形状ほど抗力係数が高いと言われています。
- たとえば、飛行機の翼を考えてみましょう。飛行機の典型的な翼の形は、翼。この滑らかで狭く丸みを帯びた形状は、空気中を簡単に移動します。抗力係数は非常に低く、0.45です。一方、翼は鋭角で、ブロック状で、プリズムのように見えることが想像できます。これらの翼は、飛行中に多くの抵抗を生成するため、より多くの摩擦を生成します。したがって、プリズムは翼のプロファイルよりも大きな抗力係数を持ちます-約1.14。
オブジェクトの合理化を減らします。 さまざまな形状のさまざまな抗力係数に関連する別の現象は、より大きく、より正方形の「フェアリング」を持つオブジェクトは、一般に他のオブジェクトよりも多くの抗力を生成することです。これらのオブジェクトは、粗い直線で構成されており、通常、後方に向かって狭くなることはありません。一方、流線型のオブジェクトは、魚の体のように、より丸く、後ろに向かって先細になることがよくあります。
- たとえば、数十年前の同じタイプと比較して、今日の平均的なファミリーカーの設計方法。以前は、車ははるかにブロック状で、直線と長方形の線がはるかに多かった。今日、ほとんどのファミリーカーははるかに合理化されており、大部分は柔らかく丸みを帯びています。これは意図的に行われます。合理化された形状は、車の抗力が少なくなり、エンジンが車を動かす労力を減らします（そして燃費を減らします）。
空気の通過が少ない素材を使用してください。 一部の材料は、液体と気体を通過させます。言い換えれば、液体が通過するための穴があります。これにより、液体が押し付けられているオブジェクトの表面が小さくなり、抵抗が少なくなります。この特性は、穴が微細であっても有効です。穴が液体/空気を通過させるのに十分な大きさである限り、抵抗は減少します。これが、多くの空気抵抗を生成し、それによって誰かまたは何かの落下速度を低下させるように設計されたパラシュートが、綿またはコーヒーフィルターではなく、強くて軽い絹またはナイロンでできている理由です。
- このプロパティの動作例を示すために、ピンポンバットにいくつかの穴を開けるとどうなるかを考えてみてください。そうすれば、パドルをすばやく動かすことがはるかに簡単になります。穴はパドルを振りながら空気を通過させるので、抵抗が大幅に減少し、パドルがより速く動くことができます。
オブジェクトの速度を上げます。 最後に、オブジェクトの形状やオブジェクトの透過性に関係なく、オブジェクトが高速で移動するにつれて、オブジェクトが遭遇する抵抗は常に増加します。オブジェクトの移動速度が速いほど、移動する必要のある液体が多くなり、抵抗が増加します。非常に高速で移動するオブジェクトは、抵抗が高いために非常に高い摩擦が発生する可能性があるため、これらのオブジェクトは通常、そこで合理化されるか、抵抗の力によってバラバラになります。
- 冷戦中に建設された実験的な偵察機であるロッキードSR-71「ブラックバード」について考えてみましょう。マッハ3.2を超える速度で飛行できるブラックバードは、その合理化された設計にもかかわらず、これらの高速からの極端な抵抗に遭遇しました-飛行中の空気からの摩擦によって生成された熱のために航空機の金属胴体を膨張させるのに十分なほど極端です。。

警告

非常に高い摩擦は、熱の形で多くのエネルギーを放出する可能性があります！たとえば、ブレーキを強く踏んだ直後に車のブレーキパッドに触れたくない場合があります。
流体を介してドラッグされたときに解放される大きな力は、そのオブジェクトに構造的損傷を引き起こす可能性があります。たとえば、スピードボートをクルージングしているときに、薄い合板の平らな面を水に突き刺すと、破片に裂ける可能性があります。