마찰이론

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마찰이론의 발전 :마찰에 관한 초기의 연구자들은 Amontons (1699), Coulomb (1785), 그리고 Morin (1833)등이다.  이들은 마찰은 접촉표면의 표면돌기들의 맞물림때문이라고 믿고 있었으며 이러한 이론으로 마찰력이 하중에 비례하고 접촉면적의 크기와 무관하였던 그들의 실험적 관찰을 설명할 수 있었다.  마찰 현상에 관한 이러한 설명을 ‘거칠기가설’ 혹은 ‘맞물림이론’이라고 한다.  그러나 이들의 논문을 읽어보면 그들은 마찰의 원인에 대한 다른 이론을 신중히 고려하였음을 알 수 있는데, 그것은 마찰은 접촉표면간의 응착력에 기인한다는 생각이었다.  결국 그들은 이러한 ‘응착가설’을 거부하였는데 왜나하면 이 이론은 마찰은 접촉면적의 크기와 비례한다는 것을 의미하나 그것은 그들의 실험결과와 반대되기 때문이었다.

이 거칠기 가설은 20세기초까지 마찰에 관한 연구자들의 대체적인 지지를 받고 있었다.  그러나 1920년경 응착가설에 관심이 Hardy와 Tomlinson 같은 이들에 의하여 다시 일어나고 있었다.  그 당시 화학이 매우 발전하여 있었고 이러한 화학의 발전은 여러 상태로 오염된 표면의 마찰 성능을 연구하는 것을 가능하게 하였다.

표면의 오염 정도를 변화시킬 때 얻어지는 마찰성능의 큰 변화는 ‘거칠기가설’보다는 ‘응착가설’로 더 잘 설명될 수 있었다.  하지만 그들을 계속 곤란하게 하였던 것은 응착가설에 의하면 마찰력은 접촉면적의 크기와 비례하여야 하는데 그들의 실험결과는 이러한 가설과 일치하지 않았던 것이다.

이러한 그들의 어려움들은 1940년대에 들어와서 세 연구그룹들에 의하여 깨끗이 없어지게 되었다.  각기 다른 분야에서 연구를 하였던 이들은 전기 접촉에 관한 연구를 하던 Holm, 금속 절삭가공에 관한 연구를 하던 Ernst와 Merchant, 그리고 표면의 화학적 성질에 관하여 연구를 하던 Bowden과 Tabor이었다.  이 연구가들은 공통적으로 “외관상의 접촉면과 실접촉면 사이에는 큰 차이가 있고 마찰력의 크기를 결정하는 것은 바로 실 접촉면이다.”라고 지적하였다.  실 접촉면의 크기는 하중의 크기에 비례하여 커질 수 있으나 외관상의 접촉면의 크기와는 무관하므로 이들의 이론은 마찰력은 외관상의 접촉면의 크기와 무관하다는 다른 연구가들의 실험 결과를 설명할 수 있었던 것이다.

그 이후 현재까지 마찰에 관한 연구는 계속되고 있고 이 ‘응착가설’은 연구가들의 꾸준한 지지를 받고 있다.  한가지 놀라운 일은 이러한 마찰이론의 발전은 다른 분야에서 일하는 연구자들이나 현장에서 일하는 엔지니어들에게는 잘 알려지지않아서 아직도 많은 이들이 매끄러운 표면이 곧 마찰이 없는 표면이라는 ‘거칠기 가설’을 신봉하고 있다는 사실이다.

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