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표면 처리와 트라이볼로지

건조한 금속끼리의 미끄럼 마찰에서 경험적으로 성립하는 경우가 많은 마찰 법칙(아몽통-쿨롱 법칙)의 내용으로 옳은 것은 무엇인가?

  1. A마찰력은 겉보기 접촉 면적에 비례하므로, 같은 하중이라도 접촉 면적을 2배로 하면 마찰력도 약 2배가 된다
  2. B마찰력은 수직 하중에 거의 비례하고, 겉보기 접촉 면적에는 거의 의존하지 않는다
  3. C마찰력은 미끄럼 속도에 비례하여 커지며, 정지 마찰력은 운동 마찰력보다 작다
정답과 해설 보기

정답: B. 마찰력은 수직 하중에 거의 비례하고, 겉보기 접촉 면적에는 거의 의존하지 않는다

아몽통-쿨롱 법칙에서는 마찰력 F가 수직 하중 W에 비례하며(F = μW), 겉보기 접촉 면적이나 미끄럼 속도에는 거의 의존하지 않습니다. 표면에는 미세한 돌기가 있어 실제로 닿아 있는 것은 돌기의 끝뿐입니다. 돌기는 소성 변형하여 하중을 지지하므로, 실접촉 면적은 하중을 경도로 나눈 값이 되어 겉보기 면적과 관계없이 하중에 비례합니다. 마찰력은 이 실접촉 면적에 비례하므로 하중에 비례하게 됩니다. 겉보기 면적에 비례한다는 생각은 실접촉 면적과 겉보기 면적을 혼동한 것입니다. 속도에 비례하는 것은 유체의 점성 저항의 성질이며, 건조 마찰에서는 일반적으로 정지 마찰 계수가 운동 마찰 계수보다 큽니다.

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