마찰력은 어떻게 생기고 무슨힘인지 알고 싶어요!

Question

안녕하세요! 마찰력에 대해서 알고 싶어서 질문드리는데요! 마찰력은 어떻게 생기는 힘이고 어떻게 발견하게 되었을가요? 마찰력에 대해서 잘아시는 과학 전문가분들 알려주세요!

Answer 1

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

마찰력은 물질이 다른 물질에 맞닿은 채 미끄러져 움직이거나 움직이려 할 때, 이를 방해하는 힘이다. 항상 물질을 움직이게 만드는 힘과 반대 방향이며, 물질이 움직이는 평면과 평행한 방향으로 작용한다.

물질이 다른 물질의 표면 위를 미끄러져 갈 때 마찰력에 의해서 물질이 가진 운동 에너지가 열로 변환되며, 외부에서 에너지가 공급되지 않는 한 운동 에너지는 0으로 줄어든다. 즉 물체가 멈춘다. 마찰력에 의해 물질의 표면은 마모된다.

2. 마찰력의 원인[편집]

사실, 물체의 표면을 분자 단위로 보게 되면 엄청나게 불규칙해서 물체와 물체끼리 접촉할 때에는 겉보기 넓이보다 극도로 적은 면(전체 면적의 약 1/300)만의 접촉이 이루어진다. 이 때 이 하나하나 작은 입자들끼리 직접 부딪히면 응착(Cold welding)이란 현상이 일어난다. 분자들끼리 직접 부딪히는 상황에서는 분자들 차원에서 전자를 공유하는 공유 결합이 일어나 새로운 분자로 변해 붙어버리는데, 어떠한 처리도 안 하고 그냥 붙이게 되면 붙는 입자보다 붙지 않는 입자의 수가 월등히 많기 때문에 붙어봤자 어느 정도의 힘만 가해도 떼어낼 수가 있게 되는 것.[1] 운동 마찰력이 정지 마찰력보다 작아지는 이유도 분자끼리 냉용접할 수 있는 시간이 거의 없기 때문이며 육안 상 거의 균일한 표면에서도 운동 마찰력이 불규칙적으로 측정되는 이유도 실제로 부딪히는 접촉면의 넓이가 무작위이기 때문이다.

그렇기 때문에, 이론적으로만 가능하지만 만일 두 물체의 표면에 있는 모든 분자가 붙어버리면 못 뗀다. 인위적으로 이러한 현상을 이용해 가열하지 않고 물체를 붙이는 기법도 개발되었다. 반대로 단 하나의 분자면만 접촉한다면 압력을 통해 물체를 절단시켜 버릴 수도 있다. 압력은 접촉면적에 반비례하므로 접촉면적이 극도로 작아진다면 면적 당 가해지는 압력은 극도로 커지게 된다. 따라서 큰 힘을 들이지 않고도 분자 사이의 결합을 끊어버릴 수 있게 되기 때문이다.

하지만 위 냉용접이론에도 한계는 존재한다. 만일 어떠한 물체가 바닥과 분자단위로 결합되어 있다면, 우리는 그것을 바닥으로부터 분리할 때 저항을 느껴야할 것이다. 하지만, 실제론 그렇지 않다. 그리고 기타외 다른 마찰력 이론 또한 한계가 정해져있기에 아직 마찰력의 정확한 원인은 알려지지 않았다고 보는 게 옳다.

Answer 2

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

예전 학교에서는 표면이 거칠기 때문에 마찰이 일어난다고 했었습니다.

하지만 이는 마찰력의 매우 작은 부분입니다.

마찰력의 가장 큰 원인은 냉용접상태(Cold Weld)입니다.

냉용접상태는 접촉면에 접촉하는 면 각각에 있는 분자가 너무나 가까이 있어 분사 사이에 발생한 응집력이 원인입니다.

두 물체를 접촉 시켜 놓으면 울퉁불퉁한 표면 중 많은 접촉면이 순간적으로 냉용접 상태로 달라 붙습니다.

물체가 미끄러지면서 이런 용접이 파열되어 나가고 새로 부딪치는 곳에서는 새로운 냉용접이 일어납니다.

그리고 다시 파열되고 다시 붙고를 반복하는 것이죠.

마찰력은 이렇게 냉용접 된 부분이 갈려 나가면서 발생합니다.

Answer 3

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

마찰력은 물체와 물체간 힘이 작용할 때 그 힘에 반대방향으로 작용하는 힘입니다.

마찰력은 물체간 현 상채를 유지하는 힘으로 발상합니다

Answer 4

마찰력은 물체가 서로 접촉하면 생기는 현상입니다.

물체가 접촉하는 방향의 수직 방향으로 힘이 가해질수록 마찰력은 더 세집니다.