主な相違点 – 摩擦 vs せん断
摩擦とせん断応力は、特に自動車工学、機械工学、土木工学、流体力学の分野で研究されている現象です。
摩擦とは、接触している2つの物体の相対的な運動（または運動しようとする動き）に対抗する力です。
これに対して、せん断応力は、ある力によって生じる応力です。
これが摩擦とせん断応力の大きな違いです。
今回はその解説をします。
-
摩擦とは？- 定義、計算方法、特徴、特性について
-
せん断応力とは？ 定義、計算、特徴、性質
3. What is the difference between Friction and Shear?
摩擦とは何か
摩擦は、私たちが日常生活で経験する最も一般的な力の一種です。
摩擦のない路面を歩くことはできません。
タイヤと路面の間に摩擦がなければ、車を止めることはできない。
他にも摩擦がなければ、私たちは様々な重要な課題に取り組まなければなりません。
例えば、大気圏に突入した流星は、通常、空気と流星の摩擦によって燃え尽きる。
しかし、空気と流星の間に摩擦がなければ、流星は地球に直接ぶつかってしまう。
摩擦のない世界は住みやすいとは言えない。
2つの物体が接触すると、互いに相対的に動こうとする性質があるが、2つの面の間に働く力は、この動こうとする性質に対抗するものです。
2つの物体が相対的に動いている場合、接触している表面の間に働く力は、2つの物体の相対的な動きに対抗する。
このように、移動しようとする傾向や相対的な運動に対抗する力を摩擦力という。
摩擦力は常に運動と反対方向（または運動しようとする方向と反対方向）に作用する。
摩擦力が表面の接線方向に働くのに対して、法線反作用は表面に垂直に働く。
つまり、法線反作用と摩擦力は、互いに垂直に発生する。
2つの表面間の摩擦力（F）の大きさは、法線反作用に正比例します。
数学的には、F＝μR（Rは法線反力の大きさ）と表すことができる。
摩擦力は固体表面間だけでなく、固体-液体、固体-空気、液体-液体層、液体-空気、空気間にも働きます。
摩擦力には、静止状態、限界状態、動的状態の3つがあります。
静止摩擦力とは、2つの物体が相対的に運動していないときに働く力です。
物体が相対的に動き始めたばかりのときに働く摩擦力を限界摩擦力という。
また、物体が相対的に運動しているときに働く摩擦力を動摩擦力という。
限界摩擦力の大きさは、2つの物体の間に発生しうる摩擦力の大きさの最大値です。
従って、動摩擦力は限界摩擦力より若干小さくなる。
応用として、機械器具などの可動部は摩擦により摩耗しやすい。
そのため、特に自動車工学の分野では、摩擦を低減させるためにさまざまな工夫がなされている。
シアーとは
物体や液体に剪断力が加わったときに発生する応力。
例えば、互いに接触している2つの箱を考えてみよう。
図01のように、一方の箱を押し、もう一方の箱を引っ張ると、それぞれの箱の接触面にせん断力が働きます。
その結果、それぞれの接触面には、剪断力によって引き起こされる剪断が発生することになる。
このせん断力の接線方向成分をせん断応力といい，法線方向成分を法線応力という。
せん断応力は、加わるせん断力を断面積で割ったものと定義することができる。
数学的には次のように表されます。
τ = F/A
F- 物体に加わるせん断力
A- Cross sectional area of the object (liquid) parallel to the force applied
せん断強度は、材料が破壊することなく耐えられる最大のせん断応力です。
したがって、せん断応力は機械工学および土木工学において重要な因子です。
流体力学の分野では、せん断応力はよく使われる専門用語の1つです。
流体の性質によって、せん断応力がその流体にどのように作用するかが決まります。
ニュートン流体では、層流であれば、せん断応力はひずみ速度に正比例します。
したがって、ニュートン流体では、せん断応力(τ)は次のように表すことができます。
τ=η (∂v/∂y)
ここで
v- 境界からの高さ y での流体の速さ
y- 境界からの高さ
η- 流体の粘性率（比例定数）
摩擦とせん断の違い
定義
摩擦。
摩擦とは、ある物体が他の物体に対して相対的に動くときの抵抗のことである。
せん断力。
剪断力とは、物体のある部分を一方向に、別の部分を反対方向に押す力のこと。
で表されます。
摩擦のことです。
せん断: τ
式
摩擦 F = μR
せん断： τ=η (∂v/∂y)
SI単位
摩擦の N
せん断 Pa (Nm-2)
影響要因
摩擦。
摩擦は、通常の反応に依存する。
せん断。
剪断力，断面積に依存する。
影響
摩擦。
常に摩擦を受ける物体は、摩耗しやすい。
せん断 せん断応力により、物体は元の形状から変形する。
Image Courtesy:
“Friction forces” By Vishakha.malhan – 自作 (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
保存する
