摩擦力知識(shí)點(diǎn)

摩擦力概述摩擦力圖示摩擦力與相互摩擦的物體有關(guān)，因此物理學(xué)中對(duì)摩擦力所做出的描述不一般化，也不像對(duì)其它的力那么精確。沒(méi)有摩擦力的話鞋帶無(wú)法系緊，螺絲釘和釘子無(wú)法固定物體。摩擦力內(nèi)最大的區(qū)分是靜摩擦力與其它摩擦力之間的區(qū)別。有人認(rèn)為靜摩擦力實(shí)際上不應(yīng)該算作摩擦力。其它的摩擦力都與耗散有關(guān)：它使得相互摩擦的物體的相對(duì)速度降低，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。固體表面之間的摩擦力分滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、靜摩擦、滾壓摩擦和轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦。在工程技術(shù)中人們使用潤(rùn)滑劑來(lái)降低摩擦。假如相互摩擦的兩個(gè)表面被一層液體隔離，那么它們之間可以產(chǎn)生液體摩擦，假如液體的隔離不徹底的話，那么也可能產(chǎn)生混合摩擦。氣墊導(dǎo)軌是利用氣體摩擦來(lái)工作的。潤(rùn)滑劑和氣墊導(dǎo)軌的工作原理都是利用“用液體或氣體（即流體）摩擦來(lái)代替固體摩擦”來(lái)工作的。假如潤(rùn)滑劑、液體或氣體沿一個(gè)固體表面流動(dòng)，其流速會(huì)受摩擦力的影響而降低。固體表面的構(gòu)造對(duì)這個(gè)摩擦力的影響比較小，最主要的是流體的橫截面面積。其原因是不僅在流體與固體的交面有摩擦力，流體內(nèi)部不同的層之間也有內(nèi)部摩擦，流體離固體表面的距離不同，其流速也不同。一個(gè)相對(duì)于一個(gè)流體運(yùn)動(dòng)的物體受到阻力。這個(gè)阻力與它的運(yùn)動(dòng)方向相反。在層流的情況下這個(gè)阻力與它的速度成比例，在紊流中這個(gè)阻力與它的速度的平方成比例。有時(shí)一個(gè)物體同時(shí)受到阻力和摩擦力，比如一輛汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)既受到空氣的阻力也受到其輪胎的滾動(dòng)摩擦。[1]（摩擦力有時(shí)能使物體運(yùn)動(dòng)，與阻力不同。）2簡(jiǎn)介\o"編輯本段"編輯定義兩個(gè)互相接觸的物體有彈力，當(dāng)它們要發(fā)生或有趨勢(shì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力就叫做摩擦力。條件第一：物體間相互接觸；第二：物體間有相互擠壓作用；第三：物體接觸面粗糙；第四：物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)；2．摩擦分類（1）滑動(dòng)摩擦：一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，此時(shí)摩擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素：壓力的大小和接觸面的粗糙程度。在接觸面的粗糙程度相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；在壓力大小相同時(shí)，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大。（2）滾動(dòng)摩擦：一個(gè)物體對(duì)在它表面上滾動(dòng)的物體產(chǎn)生的摩擦，滾動(dòng)摩擦比滑動(dòng)摩擦小得多。（3）靜摩擦：一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，它隨外力的變化而變化，當(dāng)靜摩擦力增大到最大靜摩擦?xí)r，物體就會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。3．增大有益摩擦的方法：（1）增大接觸面粗糙程度（2）增大壓力（3）化滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦4．減小有害摩擦的方法是：（1）用滾動(dòng)代替滑動(dòng)；（2）使接觸面分離【①加潤(rùn)滑油。②在物體接觸面形成一層氣墊③磁懸浮】（3）減小壓力（4）減小物體接觸面粗糙程度歸納為：（1）“有利”摩擦：增大摩擦的方法：增加接觸面的粗糙程度；增大壓力；使?jié)L動(dòng)變?yōu)榛瑒?dòng)。（2）“有害”摩擦：減小摩擦的方法：減少粗糙面的粗糙程度；減小壓力；變滑動(dòng)為滾動(dòng)；使物體接觸面稍稍分離。3分類\o"編輯本段"編輯滑動(dòng)摩擦力定義：滑動(dòng)摩擦力(1)當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)時(shí)，會(huì)受到另一個(gè)物體阻礙它滑動(dòng)的力叫滑動(dòng)摩擦力。(2)研究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)系的實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么要用彈簧秤拉木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)?這是因?yàn)閺椈沙訙y(cè)出的是拉力大小而不是摩擦力大小。當(dāng)木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),木塊水平方向受到的拉力和木板對(duì)木塊的摩擦力就是一對(duì)平衡力。根據(jù)二力平衡的條件，拉力大小應(yīng)和摩擦力大小相等。所以測(cè)出了拉力大小也就是測(cè)出了摩擦力大小。大量實(shí)驗(yàn)表明,滑動(dòng)摩擦力的大小只跟接觸面所受的壓力大小、接觸面的粗糙程度相關(guān)。壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；接觸面越粗糙,滑動(dòng)摩擦力越大。(3)滑動(dòng)摩擦力是阻礙相互接觸物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，不一定是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力。即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力,要清楚阻礙“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”是以相互接觸的物體作為參照物的?！拔矬w運(yùn)動(dòng)”可能是以其它物體作參照物的。如:生活中，傳送帶把貨物從低處送到高處，就是靠傳送帶對(duì)貨物斜向上的摩擦力實(shí)現(xiàn)的。(4)滑動(dòng)摩擦力大小與物體運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān)，與物體間接觸面積大小無(wú)關(guān)[1]。(5)研究實(shí)際問(wèn)題時(shí),為了簡(jiǎn)化往往采用“理想化”的做法，如某物體放在另一物體的光滑的表面上,這“光滑”就意味著兩個(gè)物體如果發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們之間沒(méi)有摩擦。(6)滑動(dòng)摩擦力的方向總是沿接觸面，并且與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。(7)公式：F=μ×FNFN：正壓力（不一定等于施力物體的重力）μ：動(dòng)摩擦因數(shù)(是數(shù)值，無(wú)單位）靜摩擦力若兩相互接觸且相互擠壓，而又相對(duì)靜止的物體，在外力作用下如只具有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，而又未發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則它們接觸面之間出現(xiàn)的阻礙發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的力，謂之“靜摩擦力”。大?。红o摩擦力根據(jù)外力而變化，但有一個(gè)最大值，叫做最大靜摩擦力。最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力。方向：跟接觸面相切，跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。4潤(rùn)滑\o"編輯本段"編輯在工程技術(shù)中人們往往通過(guò)施加潤(rùn)滑劑的方法來(lái)減少摩擦，研究這個(gè)問(wèn)題的科學(xué)稱為摩擦學(xué)，它是機(jī)械制造的一個(gè)分科學(xué)。固體摩擦工程中的摩擦力分析兩個(gè)固體面互相摩擦。假如兩個(gè)固體面的材料選擇不當(dāng)或它們之間相互施加的壓力非常大的話，那么固體摩擦就會(huì)造成磨損。在不使用潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑劑失效的情況下會(huì)造成固體摩擦。混合摩擦在潤(rùn)滑劑不夠或運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始會(huì)出現(xiàn)混合摩擦。這時(shí)摩擦面部分地區(qū)會(huì)直接接觸?；旌夏Σ猎斐傻哪p比固體摩擦要小。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的狀態(tài)下應(yīng)該避免混合摩擦，但往往在技術(shù)工程中混合摩擦被容忍。液體摩擦假如兩個(gè)運(yùn)動(dòng)面之間有一層完整的潤(rùn)滑劑的話，那么它們之間的摩擦是液體摩擦，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)面不直接接觸。雖然如此通過(guò)運(yùn)動(dòng)面與潤(rùn)滑劑的分子之間的摩擦依然會(huì)有很小的磨損。5固體摩擦\o"編輯本段"編輯固體表面之間的摩摩擦力漫畫(huà)解釋擦力的本質(zhì)有兩個(gè)：固體表面的分子之間相互的吸引力（膠力）和它們之間的表面粗糙所造成的互相之間的機(jī)械咬合。滑動(dòng)摩擦力F=μ*Fn滑動(dòng)摩擦力總是比最大靜摩擦力要小。它由垂直于摩擦面的壓力Fn和滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ決定，它與滑動(dòng)面之間的相對(duì)速度和面積無(wú)關(guān)。摩擦系數(shù)由滑動(dòng)面的物質(zhì)、粗糙度和（可能存在的）潤(rùn)滑劑所決定。滾動(dòng)摩擦力假如一個(gè)物體在一個(gè)平面上滾動(dòng)的話，那么它會(huì)受到滾動(dòng)摩擦。假如滾動(dòng)的物體與平面之間的摩擦力等于施加于該物體上的其它所有力的合力的話，那么它的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)純的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中沒(méi)有滑動(dòng)的部分。滾動(dòng)摩擦力，是物體滾動(dòng)時(shí)，接觸面一直在變化著，物體所受的摩擦力。它實(shí)質(zhì)上是靜摩擦力。接觸面愈軟，形狀變化愈大，則滾動(dòng)摩擦力就愈大。一般情況下，物體之間的滾動(dòng)摩擦力遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦力。在交通運(yùn)輸以及機(jī)械制造工業(yè)上廣泛應(yīng)用滾動(dòng)軸承，就是為了減少摩擦力。例如，火車的主動(dòng)輪的摩擦力是推動(dòng)火車前進(jìn)的動(dòng)力。而被動(dòng)輪所受之靜摩擦則是阻礙火車前進(jìn)的滾動(dòng)摩擦力。滾壓摩擦力假如滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在，那么這種混合摩擦也被稱為滾壓摩擦。轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力一個(gè)球沿其垂直于一個(gè)平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力被稱為轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，它與轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的力矩T有關(guān)：N=frac{T}{F_N}incm6內(nèi)部摩擦\o"編輯本段"編輯內(nèi)部摩擦是物質(zhì)內(nèi)部的原子或分子相互運(yùn)動(dòng)所造成的能量損失。由于外部力作用所造成的不同部位的粒子的加速度的不同可以造成（比如液體）內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)部摩擦的大小與物質(zhì)的粘性有關(guān)。不像固體表面的摩擦那樣含糊，內(nèi)部摩擦可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方式相當(dāng)精確地計(jì)算出來(lái)。在力學(xué)中一般人們?cè)谟?jì)算時(shí)盡量省略摩擦所造成的損失，在流體力學(xué)中內(nèi)部摩擦是理論中的一個(gè)內(nèi)在部分，它可以由奈維爾-史托克斯方程式來(lái)計(jì)算。流變學(xué)是研究復(fù)雜的流體（比如懸浮液或高分子化合物）的學(xué)科。在這些液體中的內(nèi)部摩擦非常復(fù)雜，線性的奈維爾-史托克斯方程式不能用來(lái)描寫(xiě)它了。7凹凸嚙合說(shuō)\o"編輯本段"編輯是從15世紀(jì)至18世紀(jì)，科學(xué)家們提出的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論。嚙合說(shuō)認(rèn)為摩擦是由相互接觸的物體表面粗糙不平產(chǎn)生的。兩個(gè)物體接觸擠壓時(shí)，接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合。如果一個(gè)物體沿接觸面滑動(dòng)，兩個(gè)接觸面的凸起部分相互碰撞，產(chǎn)生斷裂、磨損，就形成了對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙。8粘附說(shuō)\o"編輯本段"編輯這是繼凹凸嚙合說(shuō)之后的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論。最早由英國(guó)學(xué)者德薩左利厄斯于1734年提出。他認(rèn)為兩個(gè)表面拋得很光的金屬，摩擦力會(huì)增大，可以用兩個(gè)物體的表面充分接觸時(shí)，它們的分子引力將增大來(lái)解釋。上世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，對(duì)摩擦理論的研究進(jìn)一步深入，到上世紀(jì)中期，誕生了新的摩擦粘附論。新的摩擦粘附論認(rèn)為，兩個(gè)相互接觸的表面，無(wú)論做得多么光滑，從原子尺度看，還是粗糙的，有許多微小的凸起，把這樣的兩個(gè)表面放在一起，微凸起的頂部發(fā)生接觸，微凸起之外的部分接觸面間有10^-8m或更大的間隙。這樣，接觸的微凸起的頂部承受了接觸面上的法向壓力。如果這個(gè)壓力很小，微凸起的頂部發(fā)生彈性形變；如果法向壓力較大，超過(guò)某一數(shù)值（每個(gè)凸起上約千分之幾牛頓），超過(guò)材料的彈性限度，微凸起的頂部便發(fā)生塑性形變，被壓成平頂，這時(shí)互相接觸的兩個(gè)物體之間距離變小到分子（原子）引力發(fā)生作用的范圍，于是，兩個(gè)緊壓著的接觸面上產(chǎn)生了原子性黏合。這時(shí)，要使兩個(gè)彼此接觸的表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，必須對(duì)其中的一個(gè)表面施加一個(gè)切向力，來(lái)克服分子（原子）間的引力，剪斷實(shí)際接觸區(qū)生成的接點(diǎn)，這就產(chǎn)生了摩擦。人們通過(guò)不斷試驗(yàn)和分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)上述兩種理論提出的機(jī)理都能產(chǎn)生摩擦，其中粘附理論提的機(jī)理比嚙合理論更普遍。但在不同的材料上，兩種機(jī)理的表現(xiàn)有所偏向：金屬材料，產(chǎn)生