摩擦
摩擦
摩擦力
一、要點內容
1．摩擦力
(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.就會在接觸面上產生一種阻礙相
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
第二,接觸面不光滑
第三,物體間有相對運動趨勢或相對運動.
(3)理解摩擦力的概念時要明確.
第一.摩擦力是在兩個物體互相接觸時才可能產生.接觸了要有相對運動趨勢或已經發生了相對運動,
這時才會產生摩擦力.
第二.摩擦力是成對出現的,甲、乙兩物體接觸並有相對運動趨勢或已經發生相對運動,這時甲對乙產
生了摩擦力作用,同時乙對甲也有了摩擦力作用.
第三.摩擦力有靜摩擦和動摩擦兩種.兩物體接觸有相對運動趨勢,但沒有相對運動,這時的摩擦力就叫
靜摩擦力.如果相互接觸的物體之間發生了相對運動,這時的摩擦力就叫動摩擦力.
第四.物體接觸時的相對運動.可能是滑動,也可能是滾動,所以摩擦力可能是滑動摩擦力,也可能是滾
動摩擦力.
第五.物體間有相對運動趨勢是指物體處於要動而未動的狀態,此時物體間仍是相對靜止的,所以不能
認為靜止的物體就不會受到摩擦力;相反,運動的物體不一定就受到摩擦力作用.例如,物體A和B疊在一起
以相同的速度沿水平面作勻速直線運動,雖然兩物體都在運動,但由於物體A和B的運動速度大小和方向都
相同,它們之間沒有相對運動,所以兩物體間沒有摩擦力.
2.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摩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
正文
兩相互接觸的物體有相對運動或有相對運動趨勢時在接觸處產生阻力的現象,是摩擦學研究的重要內容。因摩擦而產生的阻力稱為摩擦力。相互摩擦的兩物體稱為摩擦副。摩擦通常起有害作用，但有時又是不可缺少的。人的行走和機車的牽引能力都要依靠摩擦。在機械工程中利用摩擦做有益工作的有帶傳動、制動器、離合器和摩擦焊等。 摩擦種類 摩擦的類別很多，按摩擦副的運動形式摩擦分為滑動摩擦和滾動摩擦，前者是兩相互接觸物體有相對滑動或有相對滑動趨勢時的摩擦，後者是兩相互接觸物體有相對滾動或有相對滾動趨勢時的摩擦；按摩擦副的運動狀態摩擦分為靜摩擦和動摩擦，前者是相互接觸的兩物體有相對運動趨勢並處於靜止臨界狀態時的摩擦，後者是相互接觸的兩物體越過靜止臨界狀態而發生相對運動時的摩擦；按摩擦表面的潤滑狀態，摩擦可分為干摩擦、邊界摩擦和流體摩擦（見圖）。摩擦又可分為外摩擦和內摩擦。外摩擦是指兩物體表面作相對運動時的摩擦；內摩擦是指物體內部分子間的摩擦。干摩擦和邊界摩擦屬外摩擦，流體摩擦屬內摩擦。
干摩擦 摩擦副表面直接接觸，沒有潤滑劑存在時的摩擦。常用庫侖摩擦定律表達摩擦表面間的滑動摩擦力F、法向力N和摩擦係數f間的關係：f=F/N。鋼對鋼的f值在大氣中約為 0.15～0.20，潔淨表面可達0.7～0.8。根據英國的F.P.鮑登等人的研究，極為潔淨的金屬（表面上的氣體用加熱、電子轟擊等方法排除）在高真空度的實驗條件下，表面接觸處被咬死，f值可高達100。這種極為潔淨的金屬表面一旦與大氣相接觸便立即被污染或氧化，從而使f值顯著下降。 用於闡明干摩擦特性的主要摩擦理論有機械嚙合理論、分子吸引理論、靜電子理論以及焊合-剪切和犁削理論。最早出現的機械嚙合理論認為，兩個粗糙接觸表面相對運動時，對偶表面上的微凸體互相嚙合，摩擦力就是這些嚙合點切向阻力的總和。這個理論不能解釋極光滑表面間的摩擦現象。分子吸引理論認為金屬分子作連續振動和扭轉時,對偶表面彼此互相奪取和丟失分子,從而引起粘著-滑移現象,粘著摩擦力是由分子運動鍵的斷裂過程所引起的。靜電力理論認為金屬摩擦表面間的電子流動會在接觸表面上引起相反極性的電荷聚集，從而產生靜電吸引力，使表面互相貼附。這個理論能夠解釋摩擦過程中的粘著-滑移現象,但它預示的摩擦表面間在較長時間間隔內將有電子逸出和摩擦係數因之降低的現象，尚未在實驗中觀察到。1950年,鮑登提出的焊合-剪切和犁削理論（簡稱粘著理論）認為，摩擦表面局部接觸區產生的高壓引起局部焊合，由此形成的粘著結點隨表面的相對滑動而被剪斷。此外，在滑動中較硬表面的微凸體犁削較軟材料的基體而產生摩擦力。這個理論能夠解釋各種金屬的摩擦物理現象，得到比較普遍的認可。這些理論並不互相牴觸,而是互為補充。1979年,美國的徐楠朴等人提出過摩擦係數等於機械嚙合摩擦係數、粘著摩擦係數、犁削摩擦係數之和。 靜摩擦的測定方法有傾斜法和牽引法。①傾斜法:把重力為N的欲測物體放在對偶材料的斜面上,逐漸增加斜面的傾角，測得物體開始滑動時的傾角 θ(摩擦角)，由此求得摩擦係數f=tgθ。②牽引法:把重力為N 的欲測物體放在對偶材料的平面上，以力P牽引,物體開始滑動時的力F就是最大的靜摩擦力（此時F=P），由此求得摩擦係數f=F/N。 動摩擦可在各類型試驗機上（如往復式摩擦磨損試驗機、旋轉圓盤-銷式摩擦磨損試驗機和四球式摩擦試驗機）測定，為此在試驗機上裝設測定摩擦力或摩擦力矩的機構，先測出摩擦力，而後換算出摩擦係數。常見的測量方法有槓桿法、彈簧法和電測法等。測定時需要確保清潔，否則會影響所測的摩擦力。 邊界摩擦和流體摩擦 邊界潤滑狀態下的摩擦稱為邊界摩擦。邊界摩擦係數低於干摩擦係數。邊界摩擦狀態下的摩擦係數只取決於摩擦界面的性質和邊界膜的結構形式，而與潤滑劑的粘度無關。流體潤滑狀態下的摩擦稱為流體摩擦。這種摩擦是流體粘性引起的。其摩擦係數較干摩擦和邊界摩擦為低（見潤滑）。 參考書目 D.F.摩爾著,黃文治等譯：《摩擦學原理及應用》,機械工業出版社,北京,1982。(D.F.Moore,Principles and Application of Tribology，International Library,London.1975.) J.霍林著，上海交通大學摩擦學研究室譯：《摩擦學原理》，機械工業出版社，北京，1981。(J.Halling,Principles of Tribology, Macmillan Pr.Ltd.,London,1975.)
配圖
