ボール・表面摩擦と
ボール・表面相互作用
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詳しい解説
「ボール・表面摩擦」は、ボールと芝面などの接触で生じる摩擦作用を広く指す表現です。一方の静止摩擦は、接触している2つの表面がその接触点で相対的に滑っていないときに生じ得る摩擦です。したがって、両者は同じ階層の用語ではありません。
パット直後のボールは、前進速度と回転速度が釣り合わず、接触点が芝面に対して滑っていることがあります。この区間では滑りに逆らう動摩擦が働き、前進速度と回転速度を同時に変えます。Griffithsらは8種類の表面で最初の40cmを高速撮影し、動摩擦係数が高い表面ほど純転がりへ移る距離が短いことを示しました。
滑りがなくなり、前進速度vと「半径×角速度」が一致する純転がりでは、接触点は瞬間的に表面へ対して滑っていません。ただし、ここで「静止摩擦が大きいほどボールが強く減速する」と考えるのは不正確です。Daemiらのモデルは、滑りを伴う運動から転がり抵抗が支配的な状態へ移る過程を分けて扱っています。芝やボールの変形に伴う転がり抵抗は、単純な静止摩擦そのものとは別の現象です。
また、純転がりだから必ず大きな静止摩擦が働いているわけでもありません。理想化した水平面で一定速度の純転がりなら、接触点に滑りがなくても接線方向の静止摩擦力がゼロの場合があります。実際のグリーンでは芝やボールの変形、微小な沈み込みなどがあるため、減速は転がり抵抗として評価する方が適切です。
実用上は、①接触点が滑っているか、②純転がりへ移ったか、③その後どの程度の転がり抵抗で減速しているか、を分けます。「ボール・表面摩擦」という一語だけで、スキッド中の動摩擦、滑りのない接触、純転がり後の抵抗を同じものとして扱わないことが重要です。