基本介紹
- 中文名：摩擦力學
- 外文名：frictional force
- 所屬學科： 機械工程（一級學科）等
- 二級學科：摩擦學
概述,簡介,滑動摩擦力,潤滑,固體表面之間的摩擦力,內部摩擦,
概述
摩擦力與相互摩擦的物體有關，因此物理學中對摩擦力所做出的描述不一般化，也不象對其它力那精確。事實上，只有在忽略摩擦力的情況下人們才能引出力學中的基本定律。 雖然如此摩擦力是世界上的一個事實。沒有摩擦力的話鞋帶無法繫緊，螺絲釘和釘子無法固定物體。 摩擦力內最大的區分是靜摩擦力與其它摩擦力之間的區別。有人認為靜摩擦力實際上不應該算作摩擦力。其它的摩擦力都與耗散有關：它使得相互摩擦的物體的相對速度降低，將機械能轉化為熱能並提高熵。 固體表面之間的摩擦力分滑動摩擦、滾動摩擦、滾壓摩擦和轉動摩擦。在工程技中人們使用潤滑劑來降低摩擦。假如相互摩擦的兩個表面被一層液體隔離，那么它們之間可以產生液體摩擦，假如液體的隔離不徹底的話，那么也可能產生混合摩擦。氣墊導軌是利用氣體摩擦來工作的。潤滑劑和氣墊導軌的工作原理都是利用“用液體或氣體（即流體）摩擦來代替固體摩擦”來工作的。 假如潤滑劑、液體或氣體沿一個固體表面流動，其流速會受摩擦力的影響而降低。固體表面的構造對這個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，流體內部不同的層之間也有內部摩擦，流體離固體表面的距離不同，其流速也不同。 一個相對於一個流體運動的物體受到阻力。這個阻力與它的運動方向相反。在層流的情況下這個阻力與它的速度成比例，在紊流中這個阻力與它的速度的平方成比例。有時一個物體同時受到阻力和摩擦力，比如一輛汽車在運動時既受到空氣的阻力也受到其輪胎的滾動摩擦。
簡介
1)定義：兩個互相接觸的物體，當它們要發生或已經發生相對運動時。就會在接觸面上產一種阻礙相對運動的力,這種力就叫做摩擦力。 (2)物體之間產生摩擦力必須要具備以下三個條件: 第一,物體間相互接觸、擠壓（產生壓力） 第二,物體接觸面粗糙 第三,物體間有相對運動趨勢或相對運動。 1、摩擦力 （1）兩個相互接觸的物體，當它們做相對運動時，在接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力，這種力叫做摩擦力。 （2）影響滑動摩擦力大小的因素：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，壓力越大，滑動摩擦力越大；在壓力大小相同時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。 2、摩擦分類 （1）滑動摩擦：一個物體在另一個物體表面上滑動時產生的摩擦，此時摩擦力的方向與物體相對運動的方向相反。 （2）滾動摩擦：一個物體對在它表面上滾動的物體產生的摩擦，滾動摩擦比滑動摩擦小得多。 （3）靜摩擦：一個物體相對於另一個物體來說，有相對運動趨勢，但沒有相對運動時產生的摩擦，它隨推力的增大而增大，但不是無限地增大，當推力增大到超過最大靜摩擦時，物體就會運動起來。 3、增大有益摩擦的方法，把接觸面弄粗糙些或增大壓力。 減小有害摩擦的方法是： （1）用滾動代替滑動；（因為滾動摩擦遠小於滑動摩擦） （2）把接觸面做光滑些，或用油膜或氣墊等把相互摩擦的物體彼此隔開。 例6、觀察腳踏車，它在工作時，有些地方的摩擦是有益的，有些地方的摩擦是有害的。分別舉出腳踏車一個“有利”和“有害”摩擦的實例，並說明增大和減小摩擦力的方法。 （1）“有利”摩擦：_剎車時用力捏手剎____________________________________； 增大摩擦的方法：________________________用大力_____________； （2）“有害”摩擦_______________________車輪與車軸的摩擦______________； 減小摩擦的方法：________________________塗潤滑油_____________。
滑動摩擦力
(1)定義: 當一個物體在另一個物體表面上滑動時產生的摩擦力叫滑動摩擦力(2)研究滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關係的實驗:實驗時為什麼要用彈簧秤拉木塊做勻速直線運動?這是因為彈簧秤測出的是拉力大小而不是摩擦力大小。當木塊做勻速直線運動時,木塊水平方向受到的拉力和木板對木塊的摩擦力就是一對平衡力。根據兩力平衡的條件,拉力大小應和摩擦力大小相等。所以測出了拉力大小也就是測出了摩擦力大小。大量實驗表明,滑動摩擦力的大小隻跟壓力大小、接觸面的粗糙程度相關。壓力越大,滑動摩擦力越大;接觸面越粗糙,滑動摩擦力越大。 (3)滑動摩擦力是阻礙相互接觸物體間相對運動的力,不一定是阻礙物體運動的力。即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物體運動的動力,要清楚阻礙“相對運動”是以相互接觸的物體作為參照物的。“物體運動”可能是 以其它物體作參照物的。如:實驗中在木塊上放一個砝碼,用彈簧秤拉木塊作勻速直線運動時,砝碼是由於受到木塊對它的靜擦力才隨木塊一道由靜止變為運動的。具體情況是:當木塊受到拉力由靜止向前運動時,砝碼相對於木塊要向後滑動,木塊就給砝碼一個阻礙它向後滑動的摩擦力,這個摩擦力的方向是向前的。所以砝碼相對於木塊沒有滑動,這時的摩擦力就是靜摩擦力。(4)滑動摩擦力大小與物體運動的快慢無關,與物體間接觸面積大小無關。 (5)研究實際問題時,為了簡化往往採用“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”就意味著兩個物體如果發生相對運動時,它們之間沒有摩擦。 靜摩擦力 若兩相互接觸且相互擠壓，而又相對靜止的物體，在外力作用下如只具有相對滑動趨勢，而又未發生相對滑動，則它們接觸面之間出現的阻礙發生相對滑動的力，謂之“靜摩擦力”。
潤滑
在工程技術中人們往往通過施加潤滑劑的方法來減少摩擦，研究這個問題的科學稱為摩擦學，它是機械製造的一個分科學固體摩擦。 兩個固體面互相摩擦。假如兩個固體面的材料選擇不當或它們之間相互施加的壓力非常大的話，那么固體摩擦就會造成磨損。在不使用潤滑劑或潤滑劑失效的情況下會造成固體摩擦。 混合摩擦 在潤滑劑不夠或運動的開始會出現混合摩擦。這時摩擦面部分地區會直接接觸。混合摩擦造成的磨損比固體摩擦要小。在長時間運行的狀態下應該避免混合摩擦，但往往在技術工程中混合摩擦被容忍。 液體摩擦 假如兩個運動面之間有一層完整的潤滑劑的話，那么它們之間的摩擦是液體摩擦，兩個運動面不直接接觸。雖然如此通過運動面與潤滑劑的分子之間的摩擦依然會有很小的磨損。
固體表面之間的摩擦力
固體表面之間的摩 擦力的來因有兩個：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卡住。滑動摩擦 F=mucdotF_N 滑動摩擦力總是比最大靜摩擦力要小。它由垂直於摩擦面的壓力FN和滑動摩擦係數?決定，它與滑動面之間的相對速度和面積無關。摩擦係數由滑動面的物質、粗糙度和（可能存在的）潤滑劑所決定。 滾動摩擦 假如一個物體在一個平面上滾動的話，那么它會受到滾動摩擦。假如滾動的物體與平面之間的摩擦力等於施加於該物體上的其它所有力的合力的話，那么它的運動是一個純的滾動運動，其中沒有滑動的部分。 滾壓摩擦 假如滾動運動和滑動運動同時存在，那么這種混合摩擦也被稱為滾壓摩擦。 轉動摩擦 一個球沿其垂直於一個平面的軸轉動時所產生的摩擦力被稱為轉動摩擦，它與轉動運動的力矩T有關： N=frac{T}{F_N}incm
內部摩擦
內部摩擦是物質內部的原子或分子相互運動所造成的能量損失。由於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）內部的相對運動。內部摩擦的大小與物質的粘性有關。不象固體表面的摩擦那樣含糊，內部摩擦可以通過統計力學的方式相當精確地計算出來。在力學中一般人們在計算時儘量省略摩擦所造成的損失，在流體力學中內部摩擦是理論中的一個內在部分，它可以由奈維爾-史托克斯方程式來計算。 流變學是研究複雜的流體（比如懸浮液或高分子化合物）的學科。在這些液體中的內部摩擦非常複雜，線性的奈維爾-史托克斯方程式不能用來描寫它了。 凹凸嚙合說，是從15世紀至18世紀，科學家們提出的一種關於摩擦力本質的理論。嚙合說認為摩擦是由相互接觸的物體表面粗糙不平產生的。兩個物體接觸擠壓時，接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合。如果一個物體沿接觸面滑動，兩個接觸面的凸起部分相互碰撞，產生斷裂、磨損，就形成了對運動的阻礙。 粘附說，這是繼凹凸嚙合說之後的一種關於摩擦力本質的理論。最早由英國學者德薩左利厄斯於1734年提出。他認為兩個表面拋得很光的金屬，摩擦力會增大，可以用兩個物體的表面處分接觸時，它們的分子引力將增大來解釋。 上世紀以來，隨著工業和技術的發展，對摩擦理論的研究進一步深入，到上世紀中期，誕生了新的摩擦粘附論。 新的摩擦粘附論認為，兩個相互接觸的表面，無論做得多么光滑，從原子尺度看，還是粗糙的，有許多微小的凸起，把這樣的兩個表面放在一起，微凸起的頂部發生接觸，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。如果這個壓力很小，微凸起的頂部發生彈性形變；如果法向壓力較大，超過某一數值（每個凸起上約千分之幾牛頓），超過材料的彈性限度，微凸起的頂部便發生塑性形變，被壓成平頂，這時互相接觸的兩個物體之間距離變小到分子（原子）引力發生作用的範圍，於是，兩個緊壓著的接觸面上產生了原子性黏合。這時，要使兩個彼此接觸的表面發生相對滑動，必須對其中的一個表面施加一個切向力，來克服分子（原子）間的引力，剪斷實際接觸區生成的接點，這就產生了摩擦。 人們通過不斷試驗和分析計算，發現上述兩種理論提出的機理都能產生摩擦，其中粘附理論提的機理比嚙合理論更普遍。但在不同的材料上，兩種機理的表現有所偏向：金屬材料，產生的摩擦以粘附作用為主；而對木材，產生的摩擦以嚙合作用為主；實際上，關於摩擦力的本質，尚未有定論，仍在深入討論中。
