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阻碍物体相对运动(或相对运动趋势)的力叫做摩擦力。摩擦力的方向与物体相对运动(或相对运动趋势)的方向相反。摩擦力分为静摩擦力、滚动摩擦、滑动摩擦三种。一个物体在另一个物体表面发生滑动时,接触面间产生阻碍它们相对运动的摩擦,称为滑动摩擦。滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的大小和压力大小有关。压力越大,物体接触面越粗糙,产生的滑动摩擦力就越大。增大有利摩擦的方法有:增大压力、增大接触面的粗糙程度、压力的大小等。减小有害摩擦的方法有:①减小压力②使物体与接触面光滑③使物体与接触面分离④变滑动为滚动等。

起源介绍

摩擦力起源于 两接触面间的附着吸引力由于原子或分子间的电磁吸引力使得 物体有巨观的结构,也是相同的作用力导致于摩擦的存在。原子或分子间必须在很短(几个原子半径间距离)时,其间才有较明显相互吸引的作用力。

两接口必须很接近才会有显着摩擦存在。一般的表面可能看似光滑,可是若以放大镜仔细观察将发现表面 凹凸不平。坑坑洞洞的大小甚至有数百个原子半径。当两接口巨观接触时 ,实际上两接口间只有凸出的部份相接触。

当正向力增加时 会使得表面稍微变形(更为扁平) 而增加接口间‘实际的接触面积。实际的接触面积’往往只占巨观接触面积很小的比例。大部份仍然相距10-50个原子半径的距离。

当书本平放在桌面时,巨观接触面积大 使得接口间压力较小,而使得实际接触面积比例较小。当书本直立时,巨观接触面积变小 使得接口间压力增大而增加实际接触面积比例。但较小的面积乘以较大的接触比例 与 较大的面积以较小的接触比例 约略相同。(也就是说微观 实际接触面积 约略相同)使得摩擦力与 巨观接触面积无关。正向力大小决定‘实际接触面积,而原子间的吸引力 与实际接触面积成正比。因此摩擦力正比于接口间的正向力。实际接触面积也与接口接触表面的性质相关(原子种类与光滑程度等)也就是与摩擦系数相关的因素。

两接触面间相对静止时比相对运动时实际接触面积大。因此静摩擦大于滑动摩擦。滑动的过程会将部份原子由其中一接口留置于另一接口上,如摩擦后留下的痕迹也使得表面更平滑。滚动时就比滑动时容易,因此滚动摩擦又小于 滑动摩擦。

发展历史

滑动摩擦的经典规则被发现,达·芬奇(1452-1519),在他的笔记本,但仍然未公布。他们重新发现纪尧姆Amontons的(1699)。Amontons摩擦性质的表面的不规则性和所需的力,以提高表面的重量压。这一观点作了进一步的阐述由Belidor(表示粗糙面与球面的凹凸,1737)和欧拉(1750),推导出斜面上重量的静止角,并首次区分静态和动态摩擦。不同的解释提供Desaguliers(1725),展示了强大的凝聚力部队铅球小盘被切断,这之间相互接触,然后带入。 了解摩擦所查尔斯奥古斯丁库仑(1785)的进一步发展。库仑调查对摩擦的影响,四个主要因素:接触,其表面涂层中的材料的性质的表面区域的范围内;正常压力(或负载)的表面保持接触的时间长度(休止时间)。库仑进一步考虑滑动速度,温度和湿度的影响,以决定之间的摩擦力的本质上的不同的解释,已提出。区分静态和动态摩擦库仑摩擦法,虽然这种区别是已经绘制由约翰·安德烈亚斯·冯·Segner在1758年休止时间的影响,解释米森布鲁克(1762)通过考虑纤维材料的表面上,与纤维啮合在一起,这需要一个有限的时间,其中的摩擦增加。 约翰·莱斯利(1766年至1832年)指出,疲软的意见的Amontons和库仑。如果摩擦源于正在制定,为什么不降对面的斜坡上平衡,然后通过连续粗糙斜面的重量吗?张国荣粘连的作用提出由Desaguliers,总体上应该具有相同的倾向加快延缓动议同样持怀疑态度。他认为摩擦应该被看作是一个随时间变化的平坦化的过程中,按下向下的凹凸,这就造成了新的障碍是什么腔前。 亚瑟Morrin(1833)开发的滑动与滚动摩擦的概念。奥斯本雷诺兹(1866年)推导出粘性流动方程。这样就完成了经典的实证模型(静态,动力学和流体摩擦)今天常用的工程。 研究的重点一直是在上个世纪,了解摩擦背后的物理机制。F.菲利普鲍登和戴维泰伯(1950)表明,在微观水平上,表面之间的接触是一个非常小的部分的表观面积的实际面积。这实际的接触面积,所造成的“凹凸“(粗糙度)增加压力,解释之间的比例关系法向力和摩擦力。原子力显微镜(1986)的发展,已使科学家们研究在原子尺度的摩擦。

分类

固体表面之间的摩擦力的来因有两个:固体表面原子、分子之间相互的吸引力(化学键重组的能量需求,胶力)和它们之间的表面粗糙所造成的互相之间卡住的阻力。

滑动摩擦力

当一个物体在另一个物体表面上滑动时,会受到另一个物体阻碍它滑动的力叫”滑动摩擦力“。

研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关系的实验:实验时为什么要用弹簧秤拉木块做匀速直线运动?这是因为弹簧秤测出的是拉力大小而不是摩擦力大小。当木块做匀速直线运动时,木块水平方向受到的拉力和木板对木块的摩擦力就是一对平衡力。根据二力平衡的条件,拉力大小应和摩擦力大小相等。所以测出了拉力大小也就是测出了摩擦力大小。大量实验表明,滑动摩擦力的大小只跟接触面所受的压力大小、接触面的粗糙程度相关。压力越大,滑动摩擦力越大;接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

滑动摩擦力是阻碍相互接触物体间相对运动的力,不一定是阻碍物体运动的力。即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物体运动的动力,要清楚阻碍“相对运动”是以相互接触的物体作为参照物的。“物体运动”可能是以其它物体作参照物的。如:生活中,传送带把货物从低处送到高处,就是靠传送带对货物斜向上的摩擦力实现的。

滑动摩擦力大小与物体运动的快慢无关,与物体间接触面积大小无关

研究实际问题时,为了简化往往采用“理想化”的做法,如某物体放在另一物体的光滑的表面上,这“光滑”就意味着两个物体如果发生相对运动时,它们之间没有摩擦。

滑动摩擦力的方向总是沿接触面,并且与物体相对运动方向相反。

公式:F=μ×FN FN:正压力(不一定等于施力物体的重力)μ:动摩擦因数(是数值,无单位)

滚动摩擦

滚动摩擦(rolling friction)一物体在另一物体表面作无滑动的滚动或有滚动的趋势时,由于两物体在接触部分受压发生形变而产生的对滚动的阻碍作用,叫“滚动摩擦”。

滚动摩擦力,是物体滚动时,接触面一直在变化着,物体所受的摩擦力。它实质上是静摩擦力。接触面软,形状变化愈大,则滚动摩擦力就愈大。一般情况下,物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。在交通运输以及机械制造工业上广泛应用滚动轴承,就是为了减少摩擦力。例如,火车的主动轮的摩擦力是推动火车前进的动力。而被动轮所受之静摩擦则是阻碍火车前进的滚动摩擦力。

静摩擦力

若两相互接触且相互挤压,而又相对静止的物体,在外力作用下如只具有相对滑动趋势,而又未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力,谓之“静摩擦力”。一个物体相对它随外力的变化而变化,当静摩擦力增大到最大静摩擦时,物体就会运动起来。

大小:静摩擦力根据外力而变化,但有一个最大值,叫做最大静摩擦力。最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

方向:跟接触面相切,跟相对运动趋势方向相反。

内部摩擦

内部摩擦是物质内部的原子或分子相互运动所造成的能量损失。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(比如液体)内部的相对运动。内部摩擦的大小与物质的粘性有关。不像固体表面的摩擦那样含糊,内部摩擦可以通过统计力学的方式相当精确地计算出来。在力学中一般人们在计算时尽量省略摩擦所造成的损失,在流体力学中内部摩擦是理论中的一个内在部分,它可以由奈维尔-史托克斯方程式来计算。

流变学是研究复杂的流体(比如悬浮液或高分子化合物)的学科。在这些液体中的内部摩擦非常复杂,线性的奈维尔-史托克斯方程式不能用来描写它了。

凹凸啮合说

是从15世纪至18世纪,科学家们提出的一种关于摩擦力本质的理论。啮合说认为摩擦是由相互接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时,接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动,两个接触面的凸起部分相互碰撞,产生断裂、磨损,就形成了对运动的阻碍。

粘附说

这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦力本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出。他认为两个表面抛得很光的金属,摩擦力会增大,可以用两个物体的表面充分接触时,它们的分子引力将增大来解释。

上世纪以来,随着工业和技术的发展,对摩擦理论的研究进一步深入,到上世纪中期,诞生了新的摩擦粘附论。

新的摩擦粘附论认为,两个相互接触的表面,无论做得多么光滑,从原子尺度看,还是粗糙的,有许多微小的凸起,把这样的两个表面放在一起,微凸起的顶部发生接触,微凸起之外的部分接触面间有10^-8m或更大的间隙。这样,接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小,微凸起的顶部发生弹性形变;如果法向压力较大,超过某一数值(每个凸起上约千分之几牛顿),超过材料的弹性限度,微凸起的顶部便发生塑性形变,被压成平顶,这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子(原子)引力发生作用的范围,于是,两个紧压着的接触面上产生了原子性黏合。这时,要使两个彼此接触的表面发生相对滑动,必须对其中的一个表面施加一个切向力,来克服分子(原子)间的引力,剪断实际接触区生成的接点,这就产生了摩擦。

人们通过不断试验和分析计算,发现上述两种理论提出的机理都能产生摩擦,其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上,两种机理的表现有所偏向:金属材料,产生的摩擦以粘附作用为主;而对木材,产生的摩擦以啮合作用为主;实际上,关于摩擦力的本质,目前尚未有定论,仍在深入讨论中。

测量

使用弹簧测力计,用钩子钩上被测物体,在水平桌面上(相对的)进行匀速直线运动,弹簧测力计上的示数即是被测物体的摩擦力的大小(粗略)弹簧的拉力等于摩擦力。加速运动,摩擦力不变.

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非常不爽,删了吧! 相关词条:科学 学科 定理定律 滚动