마찰 이야기

소다 노리무네 지음 | 이봉구 옮김

전파과학사 2022년 06월 16일 출간

작품소개

책소개

마찰을 이해하고 싶은 당신에게 가뭄의 단비 같은 책!

마찰은 우리 일상생활 곳곳에서 수시로 마주하는 현상이다. 우리는 사다리를 세울 때 사다리가 미끄러져 버리지 않게 적당히 가파르게 세운다. 방문이 삐걱대며 잘 여닫히지 않으면 경첩에 윤활유를 발라준다. 비가 많이 오는 날엔 차가 미끄러져서 사고가 나기 쉽다는 사실을 익히 알고 있다. 동계올림픽 컬링 경기를 보면 선수들은 돌이 잘 미끄러지도록 부리나케 빗질을 해댄다. 우리 일상의 수많은 물리 현상들은 항상 마찰과 함께 벌어지고 있다.

그런데 중고등학교 교과과정부터 대학교 일반물리학에 이르기까지 마찰에 관한 내용은 정지마찰과 운동마찰에 관한 내용이 전부이고 부착-미끄럼(stick-slip) 현상과 냉용접 현상을 간략히 소개하는 정도에 그치고 있다. 자신이 기계공학을 전공하지 않는다면 대학을 졸업할 때까지 또 그 이후에도 마찰에 대해 더 이상 상세히 가르쳐 주는 곳은 거의 없다. 더군다나 대부분의 물리 문제에는 다음과 같은 단서가 붙는다. ‘단 마찰은 없다고 가정한다.’ 우리는 마찰을 외면한 세상에서 살아가고 있는 것이다.

그러다 문득 당신 머릿속에 이런 의문이 들었다. 대부분 표면이 울퉁불퉁하면 마찰이 더 커지는데 분명 반질반질한 유리 표면을 손바닥으로 만져보면 뽀드득거리는 게 살짝 거친 책상 면보다 더 마찰이 크게 느껴진다. 그렇다면 너무 매끄러운 표면은 오히려 더 마찰이 커지는 것일까? 표면이 이렇게 마찰에 영향이 있는데 정말 마찰력은 접촉면의 넓이와 무관한 것일까?

하지만 당신 머릿속에 이런 의문들이 들어도 어디 가서 쉽게 찾아볼 곳이 없다.

이 책은 그런 당신에게 가뭄의 단비 같은, 마른 사막의 오아시스 같은, 고구마를 먹은 뒤의 사이다 같은 그런 책이다.

이 책은 과거로부터 지금까지 마찰의 문제를 두고 씨름 해온 사람들을 하나하나 당신에게 소개해 준다. 그 과정에서 마찰은 표면이 거칠수록 커진다는 요철설과 매끄러울수록 커진다는 응착설의 투쟁의 역사를 펼쳐 보인다. 그 투쟁은 어떤 결말을 맺었을까? 스포일러는 자제하도록 하겠다. 결말은 책에서 확인해보자!

그리고 이 책은 우리 생활 주변의 마찰과 관련된 현상들을 최소한의 수학을 동원해 원리적으로 명쾌하게 설명해 준다. 그러면서 현대에 이르기까지 윤활, 마모, 베어링과 브레이크 등 마찰과 관련된 여러 내용들을 두루 다루고 있다. 이 책을 본다면 당신의 세계는 더 이상 마찰을 외면하지 않는 세계가 될 것이다!

목차

지은이

1장. 마찰의 세계로의 문

2장. 마찰법칙을 추구한 사람들
1. 레오나르도 다빈치
2. 아몽통과 같은 시대의 사람들
3. 쿨롱

3장. 일상 신변의 마찰현상
1. 생활 속의 마찰현상
2. 어린이들의 놀이 속의 마찰현상
3. 스포츠 속의 마찰현상

4장. 마찰의 메커니즘
1. 표면과 표면장력
2. 건조한 고체 표면의 마찰
3. 깨끗한 고체 표면의 마찰-응착설의 발전
4. 윤활된 고체 표면의 마찰
5. 마찰에 의해 일어나는 진동
6. 마모라는 현상

5장. 마찰과의 투쟁
1. 「작은 마찰」의 세계의 투쟁
2. 「큰 마찰」의 세계의 투쟁
3. 마찰의 이용기술 속의 투쟁

후기

책 속으로

그러면 요철설에 대한 대립 명제로서의 응착설은 어떤 사실에 논거를 두고 주장했던가, 그 두세 가지를 구체적으로 설명하겠다.
...
넷째는 면에 수직인 응착력 자체가 실제로 출현하느냐 하는 핵심 문제이다. 금방 이해할 수 있듯이 두 면을 눌러 붙였을 때, 만약 접촉면에 응착이라는 분자 간의 힘, 원자 간의 힘에 의한 부착현상이 발생하고, 그 결과로써 옆으로 끌었을 때 그 부분의 전단 저항력으로서 마찰력이 나타나는 것이라고 한다면 눌러 붙인 뒤 두 면을 다시 수직으로 떼어놓아도 당연히 마찰력에 해당하는 어떤 힘, 응착력이 나타날 것이다(그림 4-11).

그런데 여러분의 일반 상식과 같이 옆으로 미끄러지게 하면 만물은 얼마간의 응착력을 나타내는데도 위로 들어 올려질 때 착 달라붙어서 물체가 떨어지지 않는 일은 없는 것이다.

이것은 응착설의 시조인 하디가 일찍부터 다루고 있던 어려운 문제였는데 동시에 요철설을 지지하는 사람들로부터 마지막까지 예리하게 반격을 받은 논거가 되기도 했다. 하디는 만년에 마찰 실험에서 떠나, 오로지 이 과제에만 몰두했지만 마찰과 응착을 고체 표면력장의 개념에서부터 설명하고자 한 오랜 노력은 끝내 결실을 맺지 못하고 고민하다가 1934년에 세상을 떠났다.

- 4장 3절 중 「응착설의 논리」에서

작가정보

저자(글) 소다 노리무네

일본 도쿄대학 공학부를 졸업했다. 전공은 마찰, 윤활이고 도쿄 대학 명예교수이다. 저서로는 『마찰과 윤활』, 『베어링』, 역서로는 『고체의 마찰과 윤활』 등이 있다.

번역 이봉구

전북대학교 공과대학 기계공학과를 졸업하고 전북대학교 대학원 기계공학과를 졸업(공학박사)했다. 일본 도쿄 대학 POST DOCTOR, 원광대학교 공과대학 교수를 역임했다. 저서 및 역서로는 『Tribology 개론』, 『공업역학』 등이 있다.