機械系

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その他

インピーダンス:抵抗のその先へ

電気の流れを妨げる度合いを表すものとして、抵抗とインピーダンスがあります。抵抗は、読んで字のごとく電流が流れるのを邪魔する度合いを示すものです。電気を送る線が細いほど、また材質によっては、電気が流れにくくなります。これは、抵抗が大きい状態です。直流といって、常に一定の向きに電気が流れる回路では、この抵抗の値のみで電気の流れ具合を説明できます。 しかし、家庭で使われている電気のように、電流の向きや大きさが周期的に変化する交流回路では、抵抗だけでは電気の流れ具合を正しく捉えることができません。交流回路では、電流の変化を妨げる働きも現れるからです。この、電流の変化を妨げる度合いをリアクタンスといい、コイルや蓄電器といった部品がこの性質を持っています。コイルは電流の変化を遅らせようとし、蓄電器は電圧の変化を嫌う性質があるため、結果的に電流の変化を妨げる働きをします。 インピーダンスは、この抵抗とリアクタンスの両方を合わせた、交流回路における電気の流れにくさを示す尺度です。直流回路では電流が変化しないため、リアクタンスは考えなくてもよく、インピーダンスは抵抗と同じ値になります。つまり、インピーダンスは抵抗をより広い範囲で捉えたものといえます。 インピーダンスを表す際には、複素数という数を用います。複素数のうち、実数部分は抵抗の大きさを、虚数部分はリアクタンスの大きさを表します。このように複素数を用いることで、交流電圧と交流電流のずれ具合、位相差も同時に表すことができるのです。
機能

スティックスリップ:滑りと振動の謎

機械部品が動く時、部品同士が触れ合いながら位置を変えることを滑りと呼びます。部品はなめらかに動くことが理想ですが、実際には摩擦という抵抗力が必ず生じます。この摩擦力は常に一定ではなく、変化することがあります。摩擦力が変わると、振動が発生することがあります。 スティックスリップと呼ばれる現象は、まさにこの摩擦力の変化が原因で起こる振動現象です。スティックスリップとは、「くっつき滑り」という意味で、機械部品が断続的に動いたり止まったりする現象を指します。静止している時の摩擦力(静止摩擦力)と動き出した時の摩擦力(動摩擦力)は一般的に異なり、静止摩擦力の方が大きいです。動き始めた瞬間は大きな力に打ち勝ち動き出す必要があり、動き始めると摩擦力は小さくなります。この摩擦力の差によって、くっついたり離れたりするような断続的な動きが生じ、振動が発生します。 スティックスリップは、摩擦力の変化だけでなく、部品同士の接触面の形状や材質、潤滑状態、駆動速度など、様々な要素が複雑に絡み合って発生します。例えば、接触面が粗い場合や潤滑油が不足している場合は、スティックスリップが発生しやすくなります。また、ゆっくりとした速度で動かそうとする場合も、スティックスリップが発生しやすい傾向があります。 このスティックスリップは、機械の動きを不安定にするだけでなく、耳障りな音の原因となることもあります。さらに、部品同士が繰り返し衝突することで摩耗を早め、機械の寿命を縮める可能性もあります。そのため、機械の設計段階からスティックスリップ対策を施すことが重要です。例えば、適切な潤滑油を使用したり、接触面の精度を高めたりすることで、スティックスリップの発生を抑えることができます。また、制御技術を用いて駆動速度を調整するなども有効な手段となります。一見単純な滑りと振動の関係ですが、スティックスリップ現象は機械の設計と運用において重要な要素です。