摩擦

摩擦とは、固体表面、流体層、および互いに滑り合ったり擦れ合ったりする材料要素の相対運動に抵抗する力のことです。 ^{[ 2 ] [ 3 ]}摩擦の種類には、乾燥摩擦、流体摩擦、潤滑摩擦、表面摩擦、内部摩擦などがありますが、これは完全なリストではありません。関連するプロセスを研究する学問はトライボロジーと呼ばれ、2000年以上の歴史があります。^{[ 4 ]}

摩擦は劇的な結果をもたらす可能性があり、木片をこすり合わせて火を起こす際に摩擦を利用する例がそれをよく示しています。多くの種類の摩擦のもう 1 つの重要な結果は摩耗であり、これは性能の低下や部品の損傷につながる可能性があります。摩擦によるエネルギー損失は、世界の総エネルギー消費量の約 20% を占めていることが知られています。^{[ 5 ] [ 4 ]}

摩擦による抵抗力には、表面の凹凸の変形から電荷の発生や局所構造の変化まで、さまざまな要因が関与しています。接触している2つの物体が互いに相対的に移動すると、これらのさまざまな要因により、機械エネルギーの一部が熱、構造変化の自由エネルギー、およびその他の種類の散逸に変換されます。移動距離あたりの総散逸エネルギーが抵抗摩擦力、F = E/dです。関与する相互作用の複雑さから、第一原理から摩擦を計算することは困難であり、分析や理論の発展には経験的方法を使用する方が容易な場合が多いです。 ^{[ 3 ] [ 2 ]}

摩擦にはいくつかの種類があります。

• 乾燥摩擦とは、接触している2つの固体表面の相対的な横方向の動きに抵抗する力のことです。乾燥摩擦は、静止している表面間の静止摩擦（「スティクション」）と、動いている表面間の動摩擦に細分化されます。原子または分子の摩擦を除けば、乾燥摩擦は一般的に、表面の凹凸（図を参照）と呼ばれる表面形状の相互作用によって生じます。
• 流体摩擦とは、互いに相対的に移動する粘性流体の層間の摩擦を指します。 ^{[ 6 ] [ 7 ]}
• 潤滑摩擦は、潤滑流体が2つの固体表面を隔てる流体摩擦の一種である。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}
• 表面摩擦は抗力の構成要素であり、抗力とは物体の表面を流れる流体の動きに抵抗する力のことである。
• 内部摩擦とは、固体材料が変形する際に、その構成要素間の動きに抵抗する力のことである。^{[ 7 ] [ 4 ]}

アリストテレス、ウィトルウィウス、大プリニウスなど多くの古代の著述家は、摩擦の原因と軽減に関心を持っていた。^{[ 11 ]}彼らは静止摩擦と動摩擦の違いを認識しており、テミスティウスは西暦350年に「静止している物体を動かすよりも、動いている物体の動きをさらに促進する方が容易である」と述べている。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

摩擦学の先駆者であるレオナルド・ダ・ヴィンチは、1493 年に滑り摩擦の古典的な法則を発見しましたが、彼のノートに記録された法則は公表されず、知られずにいました。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}これらの法則は、 1699 年にギヨーム・アモントンによって再発見され^{[ 21 ]}、アモントンの乾燥摩擦の 3 つの法則として知られるようになりました。アモントンは、摩擦の性質を表面の不規則性と、表面を押し付けている重りを持ち上げるのに必要な力という観点から説明しました。この見解は、ベルナール・フォレスト・ド・ベリドール^{[ 22 ]}とレオンハルト・オイラー（1750 年）によってさらに詳しく説明され、彼らは傾斜面上の重りの安息角を導き出し、静止摩擦と動摩擦を初めて区別しました。 ^{[ 23 ]}ジョン・テオフィラス・デサグリエ（1734 年）は、摩擦における付着の役割を初めて認識しました。 ^{[ 24 ]}微視的な力によって表面同士がくっつく。彼は、摩擦はくっついた表面を引き裂くのに必要な力だと提唱した。

摩擦の理解は、シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロン(1785 年) によってさらに発展しました。^{[ 21 ]}クーロンは、摩擦に影響を与える 4 つの主要な要因、すなわち接触している材料の性質とその表面コーティング、表面積の大きさ、垂直圧力 (または荷重)、および表面が接触している時間 (静止時間) を調査しました。^{[ 15 ]}クーロンはさらに、摩擦の性質について提案されたさまざまな説明の中から決定するために、滑り速度、温度、湿度の影響も考慮しました。静止摩擦と動摩擦の区別は、クーロンの摩擦法則 (下記参照) でなされていますが、この区別は、1758 年にヨハン・アンドレアス・フォン・ゼグナーによってすでになされていました。 ^{[ 15 ]} 静止時間の影響は、ピーテル・ファン・ムッシェンブルック(1762 年) によって、繊維が互いに噛み合う繊維材料の表面を考慮することによって説明されました。この繊維が噛み合うには有限の時間が必要で、その間摩擦が増加します。

ジョン・レスリー（1766–1832）は、アモントンとクーロンの見解の弱点を指摘した。摩擦が、重りが連続する突起のある傾斜面を引き上げられることによって生じるのであれば、なぜ反対側の斜面を下ることでバランスが取れないのか。レスリーは、デサグリエが提唱した付着力の役割についても同様に懐疑的であった。付着力は、全体として運動を加速させる傾向と減速させる傾向が同じであるはずだからである。^{[ 15 ]}レスリーの見解では、摩擦は、突起を平らにし、押し下げる時間依存のプロセスとして捉えるべきであり、それによって以前は空洞であった場所に新しい障害物が生じる。

エネルギー保存の法則と熱力学第一法則の長い発展の過程で、摩擦は機械的仕事を熱に変換する方法として認識されました。1798年、ベンジャミン・トンプソンは砲弾の穴あけ実験について報告しました。^{[ 25 ]}

アルチュール・ジュール・モラン（1833年）は、滑り摩擦と転がり摩擦の概念を提唱した。

1842年、ジュリアス・ロベルト・マイヤーは紙パルプの摩擦によって熱を発生させ、温度上昇を測定した。^{[ 26 ]} 1845年、ジュールは「熱の機械的当量」と題する論文を発表し、抵抗器を通過する電流の摩擦と、水槽内で回転する水車の摩擦に基づいて、「1単位の熱を発生させる」のに必要な機械的仕事の量を数値で示した。^{[ 27 ]}

オズボーン・レイノルズ（1866年）は粘性流の式を導出した。これにより、今日工学で一般的に使用されている摩擦（静止摩擦、動摩擦、流体摩擦）の古典的な経験的モデルが完成した。^{[ 16 ]} 1877年、フリーミング・ジェンキンとJA・ユーイングは静止摩擦と動摩擦の連続性を研究した。^{[ 28 ]}

1907年、GHブライアンは熱力学の基礎に関する研究書『熱力学：第一原理とその直接応用を主に扱う入門論文』を出版した。彼は、粗い表面上を移動する粗い物体の場合、駆動者が行う機械的仕事は表面が受ける機械的仕事を上回ると指摘した。失われた仕事は摩擦によって発生する熱で説明される。^{[ 29 ]}

プランクは長年にわたり、例えば1879年の論文、特に1926年の論文において、摩擦による熱の発生を熱を定義する最も具体的な方法、そして不可逆的な熱力学的プロセスの代表例として提唱した。^{[ 30 ]}

20世紀の研究の焦点は、摩擦の背後にある物理的メカニズムを理解することであった。フランク・フィリップ・ボーデンとデイビッド・テイバー（1950）は、微視的なレベルでは、表面間の実際の接触面積は見かけの面積のごく一部であることを示した。^{[ 17 ]}この、凹凸によって生じる実際の接触面積は、圧力とともに増加する。原子間力顕微鏡（1986年頃）の開発により、科学者は原子スケールで摩擦を研究できるようになり、^{[ 16 ]}そのスケールでは、乾燥摩擦は表面間のせん断応力と接触面積の積であることが示された。これら2つの発見は、アモントンの第一法則（下記）を説明する。すなわち、乾燥表面間の垂直力と静止摩擦力の間の巨視的な比例関係である。

乾燥摩擦は、接触している2つの固体表面間の相対的な横方向の動きに抵抗する力です。乾燥摩擦には、静止した表面間の「静止摩擦」（「スティクション」）と、動いている表面間の「動摩擦」（滑り摩擦または動的摩擦とも呼ばれる）の2つの種類があります。

摩擦力は常に、2つの表面間の運動（動摩擦の場合）または潜在的な運動（静止摩擦の場合）に抵抗する方向に作用します。例えば、氷上を滑るカーリングストーンは、運動摩擦力によって減速されます。潜在的な運動の例として、加速する自動車の駆動輪には前向きの摩擦力が作用します。もし摩擦力が作用しなければ、車輪は空転し、タイヤは路面を後方に滑ってしまうでしょう。ここで注意すべきは、摩擦力が抵抗するのは車両の運動方向ではなく、タイヤと路面間の（潜在的な）滑り方向であるということです。

滑り摩擦（動摩擦）の基本的な性質は、15世紀から18世紀にかけて実験によって発見され、3つの経験法則として表された。

• アモントンの第一法則：摩擦力は加えられた荷重に正比例する。
• アモントンの第二法則：摩擦力は、見かけ上の接触面積に依存しない。
• クーロンの摩擦法則：動摩擦は滑り速度に依存しない。

シャルル・オーギュスタン・ド・クーロンにちなんで名付けられたクーロン摩擦は、乾燥摩擦力を計算するために使用される近似モデルです。これは次のモデルによって支配されます。^{[ 31 ]}$${\displaystyle F_{\mathrm {f} }\leq \mu F_{\mathrm {n} },}$$ どこ

• ${\displaystyle F_{\mathrm {f} }}$摩擦力とは、各表面が互いに及ぼす力のことです。摩擦力は表面に平行で、正味の作用力とは逆方向を向いています。
• ${\displaystyle \mu }$は摩擦係数であり、接触する材料の経験的特性である。
• ${\displaystyle F_{\mathrm {n} }}$は、各面が他方の面に及ぼす垂直力であり、その方向には面に垂直（法線）に作用する。

クーロン摩擦${\displaystyle F_{\mathrm {f} }}$0 から までの任意の値を取ることができます${\displaystyle \mu F_{\mathrm {n} }}$表面に対する摩擦力の方向は、摩擦がない場合にその表面が受けるであろう運動の方向とは逆になります。したがって、静止状態では、摩擦力は表面間の運動を防ぐために必要な値と正確に一致し、そのような運動を引き起こそうとする正味の力と釣り合います。この場合、クーロン近似は実際の摩擦力の推定値を提供するのではなく、この力の閾値を提供します。この閾値を超えると運動が始まります。この最大力は牽引力として知られています。

静止摩擦

静止摩擦とは、互いに相対的に動いていない 2 つ以上の固体物体間の摩擦のことです。たとえば、静止摩擦は物体が傾斜面を滑り落ちるのを防ぐことができます。静止摩擦係数は、通常μ _sで表され、動摩擦係数よりも大きいのが一般的です。静止摩擦は、固体表面の複数の長さスケールにわたる表面粗さの特徴の結果として生じると考えられています。これらの特徴は、アスペリティとして知られており、ナノスケールの寸法まで存在し、見かけの接触面積または公称接触面積のごく一部を占める限られた数の点でのみ真の固体同士の接触が生じます。^{[ 32 ]}アスペリティの変形から生じる、印加荷重と真の接触面積の間の線形性は、典型的なアモントン-クーロン型の摩擦で見られる静止摩擦力と垂直力の間の線形性をもたらします。^{[ 33 ]}

物体が動き出すには、静止摩擦力に打ち勝つための力が加えられなければなりません。滑りが始まる前の2つの表面間の最大の摩擦力は、静止摩擦係数と垂直抗力の積です。${\displaystyle F_{\text{max}}=\mu _{\mathrm {s} }F_{\text{n}}}$滑りが発生しない場合、摩擦力はゼロから${\displaystyle F_{\text{max}}}$より小さい力${\displaystyle F_{\text{max}}}$一方の面をもう一方の面の上で滑らせようとすると、同じ大きさで逆方向の摩擦力が作用します。${\displaystyle F_{\text{max}}}$静止摩擦力を克服し、滑りを生じさせる。滑りが生じた瞬間、静止摩擦はもはや適用されず、2つの表面間の摩擦は動摩擦と呼ばれる。しかし、真の静止摩擦がゼロの場合でも、見かけ上の静止摩擦が観察されることがある。^{[ 34 ]}

静止摩擦の例としては、自動車の車輪が地面を転がる際に滑らないようにする力が挙げられます。車輪は回転していますが、地面と接触しているタイヤの接地面は地面に対して静止しているため、動摩擦ではなく静止摩擦が生じます。車輪が滑り始めると、摩擦は動摩擦に変わります。アンチロックブレーキシステムは、ロックした車輪が再び回転できるようにすることで、車が静止摩擦を維持するという原理に基づいて作動します。

運動が差し迫っているときの静止摩擦の最大値は、制限摩擦と呼ばれることもありますが、^{[ 35 ]} この用語は普遍的に使用されているわけではありません。^{[ 6 ]}

垂直抗力の役割

垂直抗力は、2 つの平行面を互いに圧縮する正味の力として定義され、その方向は面に垂直です。水平面上に質量が置かれている単純な場合、垂直抗力の唯一の成分は重力による力であり、${\displaystyle N=mg\,}$この場合、平衡条件から摩擦力の大きさはゼロであることがわかります。${\displaystyle F_{f}=0}$実際、摩擦力は常に${\displaystyle F_{f}\leq \mu N}$等号は臨界傾斜角でのみ達成される（次式で与えられる）。${\displaystyle \tan ^{-1}\mu }$滑り始めるのに十分なほど急な斜面。

摩擦係数は、接触する材料の表面粗さなど、さまざまな側面のみに依存する経験的（実験的に測定される）構造特性です。摩擦係数は質量や体積の関数ではありません。例えば、大きなアルミニウムブロックと小さなアルミニウムブロックの摩擦係数は同じです。ただし、摩擦力の大きさ自体は垂直抗力に依存し、したがってブロックの質量に依存します。

状況に応じて、垂直抗力の計算${\displaystyle N}$重力以外の力も含まれる可能性があります。物体が水平な面上にあり、外部からの力を受けている場合${\displaystyle P}$滑りを起こそうとする傾向があるので、物体と表面の間の垂直抗力はちょうど${\displaystyle N=mg+P_{y}}$、 どこ${\displaystyle mg}$ブロックの重量と${\displaystyle P_{y}}$は外力の下向き成分です。滑り始める前は、この摩擦力は${\displaystyle F_{f}=-P_{x}}$、 どこ${\displaystyle P_{x}}$は外力の水平成分です。したがって、${\displaystyle F_{f}\leq \mu N}$一般的に、この摩擦力が一定の値に達した後にのみ滑りが始まります。${\displaystyle F_{f}=\mu N}$それまでは、摩擦は平衡を保つために必要なだけの大きさなので、単なる反応として扱うことができる。

物体が傾斜面などの傾斜面上にある場合、重力による垂直抗力は、${\displaystyle mg}$重力のうち平面に垂直な力が少ないため、垂直抗力と摩擦力は最終的にベクトル解析、通常は自由体図を用いて決定されます。

一般的に、摩擦を伴う静力学の問題を解く手順は、接触面を仮に不動とみなして、それらの間の対応する接線反力を計算できるようにすることです。この摩擦​​反力が${\displaystyle F_{f}\leq \mu N}$ならば、暫定的な仮定は正しく、それが実際の摩擦力である。そうでなければ、摩擦力は次のように設定する必要がある。${\displaystyle F_{f}=\mu N}$そして、その結果生じる力の不均衡が、滑りに伴う加速度を決定することになる。

摩擦係数( COF) は、ギリシャ文字μで表されることが多く、滑り始めまたは滑り中における 2 つの物体間の摩擦力と、それらを押し付ける力の比に等しい無次元のスカラー値です。摩擦係数は、使用される材料に依存します。たとえば、鋼鉄上の氷は摩擦係数が低く、舗装路上のゴムは摩擦係数が高くなります。摩擦係数は、ほぼゼロから 1 を超える範囲に及びます。同じ金属の 2 つの表面間の摩擦係数は、異なる金属の 2 つの表面間の摩擦係数よりも大きくなります。たとえば、真鍮は真鍮に対して動かすと摩擦係数が高くなりますが、鋼鉄やアルミニウムに対して動かすと摩擦係数は低くなります。^{[ 40 ]}

互いに静止している表面の場合、${\displaystyle \mu =\mu _{\mathrm {s} }}$、 どこ${\displaystyle \mu _{\mathrm {s} }}$は静止摩擦係数です。これは通常、動摩擦係数よりも大きくなります。接触する一対の表面が示す静止摩擦係数は、材料の変形特性と表面粗さの複合効果に依存します。これらの特性はどちらも、各バルク材料の原子間、および材料表面と吸着材料間の化学結合に起因します。表面のフラクタル性、つまり表面の凹凸のスケーリング挙動を記述するパラメータは、静止摩擦の大きさを決定する上で重要な役割を果たすことが知られています。^{[ 1 ]}

相対運動する表面の場合${\displaystyle \mu =\mu _{\mathrm {k} }}$、 どこ${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }}$は動摩擦係数です。クーロン摩擦は${\displaystyle F_{\mathrm {f} }}$そして、各表面にかかる摩擦力は、他の表面に対する相対的な運動方向とは逆の方向に作用する。

アーサー・モランは摩擦係数という用語を導入し、その有用性を実証しました。^{[ 15 ]}摩擦係数は経験的な測定値であり、実験的に測定する必要があり、計算によって求めることはできません。^{[ 41 ]}表面が粗いほど、実効値が高くなる傾向があります。静止摩擦係数と動摩擦係数はどちらも接触している表面のペアに依存します。特定の表面のペアの場合、静止摩擦係数は通常、動摩擦係数よりも大きくなります。テフロン同士のように、2つの係数が等しい場合もあります。

ほとんどの乾燥材料の組み合わせでは、摩擦係数の値は 0.3 ～ 0.6 の間になります。この範囲外の値はまれですが、たとえばテフロンは0.04 という低い係数を持つことがあります。値がゼロであれば摩擦がまったくないことになりますが、これは捉えどころのない性質です。ゴムが他の表面と接触すると、摩擦係数は 1 ～ 2 になります。μ は常に < 1 であると主張されることがありますが、これは正しくありません。ほとんどの関連アプリケーションではμ < 1 ですが、1 を超える値は、物体を表面に沿って滑らせるのに必要な力が、物体に対する表面の垂直抗力よりも大きいことを意味するだけです。たとえば、シリコーンゴムやアクリルゴムでコーティングされた表面の摩擦係数は、1 を大幅に超えることがあります。

摩擦係数は「材料特性」であるとよく言われますが、実際には「システム特性」に分類する方が適切です。真の材料特性（導電率、誘電率、降伏強度など）とは異なり、任意の2つの材料の摩擦係数は、温度、速度、雰囲気などのシステム変数、および現在一般的に時効時間と脱時効時間と呼ばれるもの、さらに材料間の界面の幾何学的特性、すなわち表面構造に依存します。^{[ 1 ]}例えば、厚い銅板に対して滑る銅ピンの摩擦係数は、低速（金属同士の滑り）では0.6ですが、摩擦熱によって銅表面が溶け始める高速では0.2未満に変化します。もちろん、後者の速度が摩擦係数を一意に決定するわけではありません。ピンの直径を大きくして摩擦熱を急速に除去すると、温度が下がり、ピンは固体のままで、摩擦係数は「低速」試験の摩擦係数まで上昇します。

不均一な応力場が顕著なシステムでは、システムが滑る前に局所的な滑りが発生するため、巨視的な静止摩擦係数は、印加荷重、システムサイズ、形状に依存します。アモントンの法則は巨視的には満たされません。^{[ 42 ]}

摩擦は、さまざまなエネルギー散逸プロセスによって生じます。ボーデンとテイバー^{[ 52 ]}によって最初に詳細に説明された基本モデルは、表面上の小さな突起（アスペリティと呼ばれる）の接触を伴うものです。荷重が増加すると、アスペリティの接触の数と面積が増加し、摩擦が法線力に依存するようになります。これらのアスペリティが互いに滑り合うと、塑性変形と弾性変形プロセスなどが発生します。摩擦力は、これらのプロセスによって単位距離あたりに散逸されるエネルギーであり、その結果は、前述の線形クーロン式になることがよくあります。^{[ 52 ]}

工学材料における乾燥滑り摩擦の実験的研究では、摩擦と摩耗は公称接触条件だけでなく、滑り中の表面近傍の微細構造変化、摩耗粉の発生、およびトライボケミカル変化によっても制御されることが示されています。レビューと実験的研究では、塑性変形、破壊、材料移動、機械的混合、および酸化のすべてが、乾燥金属接触における軽度摩耗と重度摩耗の間の遷移に寄与する可能性があることが示されています。^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}

接触時に形成される破片や「第三体」材料の重要性も実験的に実証されており、圧縮された摩擦粒子は損傷を加速させるか、金属同士の直接接触を減らす保護界面層を形成する可能性がある。^{[ 57 ]}鋼では、乾燥滑り試験により、硬度レベル、荷重、滑り速度が摩擦安定性と摩耗率に大きく影響する一方、適切な滑り条件下では酸化摩耗が支配的になる可能性があることが示されている。^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}ステンレス鋼とチタン合金に関する関連研究では、乾燥滑り摩擦は研磨粒子のサイズ、対向面材料、および保護摩擦酸化物層の形成または破壊に非常に敏感であり、これにより支配的な摩耗メカニズムが比較的穏やかな酸化挙動から深刻な剥離または研磨損傷に変化する可能性があることがさらに示されている。^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}実験的調査では、水素チャージ、潤滑状態、繰り返し荷重などの環境要因が構造用合金の亀裂発生メカニズムと摩擦安定性に大きく影響する可能性があることも示されています。^{[ 66 ]}

クーロンモデルは摩擦の単純化されたモデルであるにもかかわらず、多体システムや粒状物質などの多くの数値シミュレーションアプリケーションで有用です。最も単純な表現でさえ、多くの応用例で必要とされる付着と滑りの基本的な効果を包含していますが、クーロン摩擦と両側または片側接触を伴う機械システムを効率的に数値的に統合するためには、特定のアルゴリズムを設計する必要があります。 ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]}いわゆるパンルヴェのパラドックスなど、かなり非線形な効果がクーロン摩擦で発生する可能性があります。^{[ 72 ]}

クーロン近似は、表面が全体の面積のごく一部でのみ原子レベルで密着していること、この接触面積が垂直力に比例すること（飽和状態になるまで、つまりすべての面積が原子レベルで接触しているとき）、摩擦力が接触面積に関係なく印加された垂直力に比例すること、という仮定に基づいています。これは、Bowden と Tabor のアスペリティ研究から来ています。^{[ 52 ]}クーロン近似は、基本的に経験的な構成です。これは、非常に複雑な物理的相互作用のおおよその結果を記述する経験則です。この近似の強みは、その単純さと汎用性です。垂直力と摩擦力の関係は厳密には線形ではないため（したがって、摩擦力は表面の接触面積から完全に独立しているわけではありません）、クーロン近似は多くの物理システムの分析において摩擦を適切に表現しています。

表面同士が接触している場合、クーロン摩擦は非常に不正確な近似となります（例えば、粘着テープは垂直抗力がゼロ、あるいは負の垂直抗力であっても滑りを抑制します）。この場合、摩擦力は接触面積に大きく依存する可能性があります。ドラッグレース用タイヤの中には、この理由から粘着性のあるものがあります。しかし、摩擦の背後にある基礎物理学は複雑であるにもかかわらず、その関係性は多くの用途において十分に正確です。

摩擦がない状態では安定した挙動を示す機械システムにおいて、乾燥摩擦はいくつかの種類の不安定性を引き起こす可能性があります。^{[ 73 ]} これらの不安定性は、滑り速度の増加に伴う摩擦力の減少、摩擦中の発熱による材料の膨張（熱弾性不安定性）、または2つの弾性材料の滑りによる純粋な動的効果（アダムス・マーティンス不安定性）によって引き起こされる可能性があります。後者は、もともと1995年にジョージ・G・アダムスとジョアン・アルメニオ・コレイア・マーティンスによって滑らかな表面で発見され^{[ 74 ] [ 75 ]}、後に周期的な粗面でも発見されました。^{[ 76 ]}特に、摩擦に関連する動的不安定性は、ブレーキのきしみ音やグラスハープの「歌」^{[ 77 ] [ 78 ]}の原因と考えられており、これらの現象は、速度に伴う摩擦係数の低下としてモデル化されたスティックアンドスリップ現象です。^{[ 79 ]}

実用上重要な例としては、バイオリン、チェロ、ハーディガーディ、二胡などの弓奏楽器の弦の自己振動が挙げられる。

単純な機械システムにおける乾燥摩擦とフラッター不安定性の間の関連性が発見されました。^{[ 80 ]}詳細については、 Wayback Machineに 2025 年 12 月 11 日にアーカイブされた動画 をご覧ください。摩擦不安定性は、滑り界面に新しい自己組織化パターン (または「二次構造」) の形成につながる可能性があり、例えば、いわゆる自己潤滑材料で摩擦と摩耗の低減に利用される、その場で形成されるトライボフィルムなどがあります。^{[ 81 ]}

2008年、科学者たちは初めて単一の原子を表面上で移動させ、必要な力を測定することに成功した。超高真空とほぼゼロ温度（5 K）を用いて、改良型原子間力顕微鏡を使用し、コバルト原子と一酸化炭素分子を銅と白金の表面上で引きずった。^{[ 82 ]}

2012年現在1つの研究では、低負荷領域で実質的に負の摩擦係数の可能​​性が実証されており、これは垂直力が減少すると摩擦が増加することを意味します。これは、垂直力が増加すると摩擦が増加するという日常的な経験と矛盾します。^{[ 83 ]}これは、2012年10月にNature誌で報告されたもので、グラフェンに吸着した酸素が存在する状態でグラフェンシート上を原子間力顕微鏡のスタイラスが引きずられたときに発生する摩擦に関するものです。^{[ 83 ]}

ナノスケールでの動摩擦の起源は、エネルギーモデルによって合理的に説明できる。^{[ 84 ]}滑り中、滑り接触面の背面に新しい表面が形成され、前面の既存の表面が消失する。すべての表面には熱力学的表面エネルギーが関係するため、新しい表面を作るには仕事が必要であり、表面を除去する際に熱としてエネルギーが放出される。したがって、接触面の背面を動かすには力が必要であり、前面では摩擦熱が放出される。

特定の条件下では、非常に低い摩擦係数を持つ材料があります。例として、(高度に秩序化された熱分解)グラファイトがあり、摩擦係数は0.01以下になることがあります。^{[ 85 ]} この超低摩擦領域は超潤滑と呼ばれます。^{[ 86 ]}

流体の摩擦は、互いに相対的に移動する流体層の間で発生します。この流れに対する内部抵抗を粘度と呼びます。日常的な言葉で言えば、流体の粘度はその「濃さ」として表現されます。したがって、水は粘度が低く「サラサラ」であり、蜂蜜は粘度が高く「濃厚」です。流体の粘度が低いほど、変形や移動が容易になります。

超流体を除くすべての実在流体は、せん断に対してある程度の抵抗を示すため、粘性を持つ。教育や説明の目的においては、せん断に対して抵抗を示さないため粘性を持たない非粘性流体、すなわち理想流体の概念を用いると便利である。

潤滑摩擦は、流体摩擦の一種で、2 つの固体表面の間に流体が介在するものです。潤滑とは、互いに近接して相対的に移動する一方または両方の表面の摩耗を低減するために、表面間に潤滑剤と呼ばれる物質を介在させる技術です。ほとんどの場合、加えられた荷重は、表面間の潤滑流体の動きに対する摩擦粘性抵抗によって流体内に発生する圧力によって支えられます。適切な潤滑により、機器は摩耗が少なく、ベアリングに過度の応力や焼き付きを起こすことなく、スムーズかつ連続的に動作します。潤滑が不十分になると、金属やその他の部品が互いに破壊的に擦れ合い、熱が発生し、損傷や故障につながる可能性があります。^{[ 87 ]}

表面摩擦は、流体と物体の表面との相互作用によって生じ、流体と接触している物体の表面積に直接関係します。表面摩擦は抗力方程式に従い、速度の二乗に比例して増加します。^{[ 88 ]}

表面摩擦は、物体の周囲の境界層における粘性抵抗によって生じる。表面摩擦を低減する方法は2つある。1つ目は、翼型のように滑らかな流れが可能なように移動物体の形状を整えることである。2つ目は、移動物体の長さと断面積を可能な限り小さくすることである。^{[ 88 ]}

内部摩擦とは、固体材料が変形する際に、その材料を構成する要素間の運動に抵抗する力のことである。最もよく理解されているのは、原子振動による転位への抗力（フォノンドラッグ）である^{[ 89 ]}が、電子相互作用も役割を果たすことがある^{[ 90 ]} 。また、金属の粒界の運動には散逸力が寄与しており^{[ 91 ]} 、ガラスなどのガラス質材料にも同様の現象が見られる^{[ 92 ]}。

光圧の結果として、アインシュタイン^{[ 93 ]}は1909年に、物質の運動に抵抗する「放射摩擦」の存在を予言しました。彼は次のように書いています。「放射は板の両面に圧力を及ぼします。板が静止している場合、両面に及ぼされる圧力は等しくなります。しかし、板が運動している場合、運動中に前方にある面（前面）では、背面よりも多くの放射が反射されます。したがって、前面に及ぼされる後方への圧力は、背面に及ぼされる圧力よりも大きくなります。したがって、2つの力の合力として、板の運動に抵抗し、板の速度とともに増加する力が残ります。この合力を簡潔に「放射摩擦」と呼びます。」

摩擦は、多くの工学分野において重要な要素である。

• 「摩擦」 。ブリタニカ百科事典。第 11巻（第11 版）。1911年。
• 摩擦係数– 係数表と多数のリンク
• Physclips：ニューサウスウェールズ大学によるアニメーションとビデオクリップを用いた力学
• 摩擦係数の値– CRC化学物理ハンドブック
• 大気中および真空中における様々な物質ペアの摩擦係数。 2023年5月31日にWayback Machineにアーカイブされました。