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解決済みの質問

水で濡れていると滑る場合と滑らなくなる場合の違い

雨の日などは普段滑らない場所が滑りやすくなり危ない思いがしますが、逆にぬれると摩擦が大きくなったような感じで滑らなくなる場合も多いです。この違いはどのように考えたらよいのでしょうか。

投稿日時 - 2019-03-11 00:06:21

QNo.9595672

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

今から50年ほど昔の中学生のころ、「履物の摩擦」という夏休みの自由研究をしたことがあります。

板の上に履物(サンダルや靴)を置き、水平に引っ張って動き始めるときの「ばねばかり」の目盛を読むことによって摩擦の大小を調べようというものです。滑車を使って履物につけた伸縮しない紐の方向を90度曲げ、ばねばかりは垂直に引き上げて測定するようにしました。板を水で濡らしたら、摩擦が小さくなるだろうという予想に反して履物が板に吸い付いたような状態になり、サンダルも靴も逆に数値が大きくなりました。

考えてみれば、実験で計測したのは、靴やサンダルなどの履物の自重だけがかかっている場合の「静止摩擦係数」ですが、人が水に濡れた路面を歩く場合でも、そろそろと「すり足」で動き始めるような場合にはほとんど滑りませんね。濡れた路面で滑って転倒したりするのは、踏み出したときとか着地したときとか、路面に足の力が加わったときに起きやすいと感じます。

相当強い力を加えた際の「動摩擦係数」が水に濡れたらどう変化するかについても調べる必要があったのですが、中学生だった回答者には、どう実験したらよいか考えが及ばず、それ以上の実験は行わずに、最後の「考察」にそうしたことを書きました。

水は状況次第で、「滑り止め」にもなれば「潤滑材」にもなるということのようでした。

投稿日時 - 2019-03-13 23:09:25

お礼

なるほど動摩擦ということも考えなければならないということですね。これも凹凸と関係がありそうにも思えます。

投稿日時 - 2019-03-14 03:25:26

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回答(13)

ANo.13

>水は関係がないということでしょうか。

濡れた時のことなんだから水は関係あります

投稿日時 - 2019-03-14 13:55:56

お礼

どのような関係か知りたいと思っています。

投稿日時 - 2019-03-14 18:36:17

ANo.11

乾いていても滑りやすいところと滑りにくいところがあるのと同じ違いです

投稿日時 - 2019-03-13 08:58:18

お礼

水は関係がないということでしょうか。

投稿日時 - 2019-03-13 19:01:05

ANo.10

回答#7の補足です。 
水で滑らなくなる場合の原因を追加説明します。

<湿った状態の場合について>
生体のとりわけ動物では、水が無く湿った状態で滑らない作用が非常に強くなる理由は、表皮が柔らかいので相手側の物質表面の凹凸に入り込んで馴じむため、摩擦力が増強するからだと思われます。

もしそこの接触部に流れる程の水が存在したら、滑りが生じることになります。
水と湿気とは、紙一重の現象の違いになると推測されます。
凸凹の表面に馴染むのは植物ではやや難しく、動物の皮膚が柔軟な性質なことによる独特の現象と考えます。

 参 考
 (生体ヤモリの足 吸着と解除のしくみ)
  https://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/14/9585/
   

投稿日時 - 2019-03-12 16:39:32

お礼

興味深いご高察と有用な情報をいただきました。

投稿日時 - 2019-03-13 01:05:20

ANo.9

#8コメントへの回答です。
私の専門は物理学ではないので、体験ではなく想像の私見です。

<凹凸がずれに対する抵抗力を産むのでは>  への私見

分子レベルで想像すれば、そのとおりの筈です。
質問の例で言うと、大地側の凸部の角と、物体側の凸部の角とが接触して、摺動の動きつまり滑りに対し、抵抗力になると考えられます。



<硬度も凹凸ができやすいかどうかと関係がないか>  への私見

そのとおり、関係するのは間違いない筈です。但し、その効果は僅かでしょう。
二つのどちらかが硬い場合、相手側を傷つけ凹凸を作る方向に作用する筈です。
その現象は、硬さの程度で違い、僅かずつすり減る感じで変化する程度でしょう。 しかし、硬さや材質によって、生じる現象は予想外の展開もありえます。
鉄と鉄とでは、ツルツルの平滑に舐めされる場合もあり、コンクリートとフェルトでは摩擦でフェルトの磨耗が激しい場合もあります。

実用面の摩擦の改善や解明はまだ解っていない要素が多分にあり、船のスクリューを摩擦ゼロの材質で造る試みなど、研究者が少なく模索中の状況のようです。
参考になるかと思い摩擦の研究情報を次記紹介してみますが、この筆者も同分野の研究者が殆どいなくて孤軍奮闘したと述懐しています。

  参考情報(摩擦ゼロの超潤滑)
   http://www.jst.go.jp/kisoken/seika/zensen/05sasaki/
   

投稿日時 - 2019-03-12 11:26:09

お礼

寺田寅彦の時代からあまり状況が変わっていないのかなと思いました。彼の随筆の中にも出てくるので興味深いことだと思います。

投稿日時 - 2019-03-13 01:08:34

ANo.8

   
(お礼コメント#7について)
<ハエなどはどうなのでしょうね>  の答

ハエの手足にも吸盤はあります。昆虫の多くは手足の先に吸盤があります。
なので、垂直面でもオーバーハング面でも止まっていられるのです。
とりわけヤモリ類のある種は特別に吸着性がよく、吸引力だけではなくて粘着力が特殊なようです。それが、滑るか止まるかの利用価値、ということでしょう。


(お礼コメント#5について)
<硬いとか柔らかいということは結局ミクロの凹凸の問題でしょうか>  の答
   
違います。 現象はミクロの凹凸が無変化ということもありますが、直接の意味は、その物体の材質「硬度」のことです。
例えばゴムでは、ベークライトやユリア樹脂に近いような硬いものあり、コンニャクに近い生ゴム・PPやABS・塩ビのように柔らかく柔軟性がある材質もあります。
鉄でも鋼鉄・超硬合金あり軟鉄ありです。密度とも違う硬さのことで、ビッカース硬度で表すことが多いですが、理科年表には素材の強さはあっても「機械的強度」の項目にも「硬度」は載ってないのが不思議です。
硬いと相手側の表面にまったくなじまず、表面変形(食いつき)も摩擦も生じないので、滑る傾向が強まるのです。
   

投稿日時 - 2019-03-11 19:25:07

お礼

生物の吸盤はバイオミメティクスの対象になるのでしょうね。凹凸がずれに対する抵抗力を産むのではないでしょうか。硬度も凹凸ができやすいかどうかと関係がないでしょうか。

投稿日時 - 2019-03-12 00:57:31

ANo.7

回答#5です。

<水で濡れている場合について>
#5で水濡れの場合を全く書きませんでしたが、#5のどの場合でも、
滑りやすくなる方向が生じる、と云う傾向になります。

水が流れるほどでなく少し湿りを帯びた状態の場合は、滑りが出ない微妙な現象が生じ、どういう原因で起きるのか解明のほか未解明の問題点もあるようです。


<湿った状態の場合について>
動物や植物で、濡れるという現象の手前の湿った状態のとき、摩擦力が強くなる現象があり、経験した人も多いと思います。湿気で粘着力が増加するようです。
水分で構成している動物・植物類の有機物に特有の現象ではないかと思います。

ヤモリかトカゲの手足に、粘着力が異常に強い種類があるようです。湿度を持つ生態皮膚のその物質を解析し、擬似物質を抽出してビルの垂直壁をよじ登る手法を開発したとか聞きます。完全解明されていない状況では、そのうち落っこちるとも思いますが。


<土埃で粘土状の泥水について>
いささか余談になりますが、雨の降り始めで土埃に雨水がかかると、ヌルヌルのグリース状の泥水になります。 これが一番滑りやすいグランプリです。

都心は、かつて殆どの大通りに都電が走り、線路施設内は御影石の小片による石畳の状態でした。線路外はアスファルトですが線路内は平滑な花崗岩で滑りやすく、するすると絶えず横滑りしながら走る状況でした。今は年寄りの体験です。
しばらく時間が経てば、雨が泥を洗い流し、あまり滑らない状態になりました。
   

投稿日時 - 2019-03-11 16:08:50

お礼

結構複雑なものなのですね。ヤモリの足裏には吸盤があるような話を聞いたようにも思います。ハエなどはどうなのでしょうね。ごご教示を参考にさせていただいて自分なりにいろいろ考えてみたいと思いました。

投稿日時 - 2019-03-11 17:12:59

ANo.6

F1のタイヤには スリックタイヤとレインタイヤがあります。
レインタイヤには 斜めの溝がついています。この溝が 路面の水を排除する働きをします。
靴の場合は 革靴 フォーマルシューズには平らな底で スニーカーなどには 溝のついた底。
タイヤと同じように 溝がついていると滑りにくい。

投稿日時 - 2019-03-11 15:53:53

お礼

溝の役割はあいだに溜まる水を排除するところにあるのかなと思いました。

投稿日時 - 2019-03-11 17:15:11

ANo.5

   
滑るか滑らないかは、大地側の状態と、接触する物体側の状態との相互作用で、左右されます。

大地側の一般的な例
1. 硬い物質で平滑な表面は、滑りが出やすい現象になる。
2. 硬くてもザラついた表面、柔らかい座右室の表面は、滑らない傾向になる。

物体側の一般的な例
硬い物体で平滑な材質は、大地側が1の状態だと、滑りやすい。
当る方の物体が硬い材質の平滑面でも、大地側が2の場合は、ほぼ滑らない。

当る方の物体が、フェルトや軟質ゴム・樹脂などの柔らかい材質では、
大地側が1の状態だと、物体材質の性質によって滑る・滑らない交々になる。

物体が同様に柔らかい材質で、大地側が2の状態では、滑りにくい傾向になる。
   

投稿日時 - 2019-03-11 12:28:53

お礼

硬いとか柔らかいということは結局ミクロの凹凸の問題でしょうか。

投稿日時 - 2019-03-11 13:46:42

ANo.4

1、床の、材質
硬さとか、小さな凸凹 
砂とかの有無。

2、水の量

3、靴底の材質

雨の日に、滑らなくするには、靴底の材質によります。

同じようなゴムが使われていても、滑りやすい、硬いものが使われているものがあります。
良いものでは、雨の日でも、滑らないような対策を取られて作られたものが使われています。
車のタイヤのように、雪道で滑らないように専用のゴムと、構造を持たせているのです。

投稿日時 - 2019-03-11 07:45:26

お礼

同じ水なのに結果が逆になることが不思議でした。凹凸でもそのサイズが問題になるでしょうね。滑るのも滑らないのも目的次第で有用になったり有害になったりすることも面白いと思っています。

投稿日時 - 2019-03-11 10:59:33

ANo.3

まず、滑る場合ですが、これは水という「液体」が、摩擦面に存在すると、その部分は個体同士の接触がなくなるために、全体として摩擦は低下します。ミクロに、水が物体を浮かしていると言うこともできます。

一方で、昔から綱や木の棒などを持つ場合、逆に滑り止めとして手に唾をつけることもあります。この場合は、少量の水が相手に染み込み、液体としてではなく、相手を「柔らかく」する事になります。
この場合、柔らかくなった結果、ミクロな接触面積が増えたり、皮膚に引っかかりやすくなったりという効果が生じて、摩擦がむしろ増加します。
逆に言うと、同じ場合でも水が大量で液体の状態であると、前述と同じように、摩擦はむしろ低下します。

つまり、両者を分けるのは水が液体の状態で潤滑剤になっているか、染み込んで柔軟剤となっているかです。

投稿日時 - 2019-03-11 04:01:10

お礼

物を柔らかくすると考えるとよくわかりますね。

投稿日時 - 2019-03-11 05:21:45

ANo.2

摩擦面に水があることで、摩擦が大きく変わることはありますね。
例えば、つるつるの面とゴムの間に水の膜が出来ることによって摩擦が失われ滑ったりしますが、逆に一部分のみ水の膜が失われることによって真空状態が発生し、吸盤のような状態になって摩擦が増大すると考えます。

投稿日時 - 2019-03-11 01:55:11

お礼

ミクロな吸盤ですね。宇宙船で実験してほしいテーマになりますね。

投稿日時 - 2019-03-11 05:24:44

気のせいです。

投稿日時 - 2019-03-11 00:34:40

お礼

再度確認してみます!

投稿日時 - 2019-03-11 05:25:43

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