摩擦力研析

[摘要]在日常生活中，人们对摩擦现象并不陌生。因为摩擦与人们的生活密切相关，对摩擦的研究和探索也一直在进行。文章介绍了常见的干摩擦和湿摩擦，并描述了它们的基本定义。[关键词]干摩擦；湿摩擦；接触面。高端摩擦力是当物体相互接触时防止物体相对滑动的力。摩擦是一种非常常见的机械现象，在人类生活和生产中无处不在。不仅在固-固接触面上有摩擦(这种类型的摩擦称为干摩擦)，而且在固-液接触面或固-气接触面上也有摩擦(这两种类型的摩擦称为湿摩擦)。在干摩擦中，摩擦可分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦。不同的摩擦力有不同的因素影响它们的大小。(1)干摩擦(1)静摩擦只要两个物体之间有相对滑动的趋势，就会发生摩擦。如果滑动趋势不太强，摩擦力就不会实现相对滑动，此时的摩擦力称为静摩擦力fS。可以看出，静摩擦是由物体之间的相对运动趋势引起的。然而，相对运动趋势的原因是外力。因此，产生静摩擦的条件不仅包括接触表面不光滑、正压，还包括外力。静摩擦力的大小和方向取决于相对滑动趋势。因为摩擦力是防止相对滑动的力，所以静摩擦力的方向自然与接触面上相对滑动的方向相反。两个物体都受到静摩擦的影响，它们的方向与接触面上每个物体的相对滑动趋势相反。静摩擦力的大小也取决于相对滑动趋势。如果没有相对滑动趋势，就没有静摩擦力，也就是说，摩擦力的大小为零。一旦有相对滑动的趋势，静摩擦力也会出现。在一定条件下，当物体之间的相对滑动趋势不变时，静摩擦力有一定的大小与之相对应，这应该足以抵消相对滑动趋势，防止相对滑动的实际发生。因此，在具体问题中，静摩擦力的大小通常是事先不知道的，需要根据“物体之间不会真正发生相对滑动”的条件，从运动的动力学方程中计算出来。一旦情况发生变化，物体之间的相对滑动趋势也会发生变化，静摩擦力的大小也会相应地自动调整，因此相对滑动永远不会真正发生。然而，静摩擦力的自动调节不能无限期地进行，它的最大值称为最大静摩擦力。当没有超过最大静摩擦力时，外力越大，静摩擦力越大。一旦超过最大静摩擦力，物体开始滑动，静摩擦力转化为滑动摩擦力。那么最大静摩擦力和它有什么关系呢？实验表明，最大静摩擦力fmax与两个物体之间的正压力n成正比，与接触面的面积无关，与接触面的性质(如接触面的材料、接触面的粗糙度等)有关。)。即fmax=μSN，其中μS称为静摩擦系数，它取决于接触面的材料和接触面的表面状态。实践证明，fS≤fmax=μSN。(2)滑动摩擦力当外力超过最大静摩擦力的范围时，物体开始滑动，摩擦力继续存在，但静摩擦力转化为滑动摩擦力。物体沿接触面相对滑动，接触面上阻止相对滑动的摩擦力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向自然与接触面上的相对滑动方向相反。滑动摩擦的大小随相对滑动速度而变化。相对滑动速度从零开始逐渐增大，滑动摩擦从最大静摩擦fmax = μ n开始相应减小。一般来说，滑动摩擦小于静摩擦。推动静止的物体更困难。推动后保持匀速运动更省力。这就是它的含义。然而，当相对滑动速度太高时，滑动摩擦急剧增加。当动摩擦系数不变时，可以采用控制变量法通过实验精确地验证滑动摩擦的大小与接触面上的正压力n成正比。然而，由于动摩擦系数难以控制，只能粗略地验证当正压恒定时滑动摩擦与动摩擦系数成正比的结论。由此可得出公式:fk = μ n，其中μ称为滑动摩擦系数，它取决于材料的表面状态和相对滑动速度(如图所示)以及接触面的接触面。在某些特殊情况下(例如，材料的硬度保持不变，接触面经过处理等)。)，滑动摩擦力几乎不随运动速度而变化，几乎等于最大静摩擦力，即μ =常数≈μS当外力等于动摩擦力时，作用在物体上的力仍然是平衡的，必须增加外力才能使物体运动。二、湿摩擦物体相对于液体或气体(称为流体)而运动，沿着接触面也有摩擦力，防止相对滑动，这种摩擦力称为湿摩擦。当一个物体浸入液体或气体中时，除了湿摩擦力之外，它在运动时还有另一种效应。也就是说，在接触面上，物体处于液体或气体的压力下。这个压力的方向垂直于接触面，作用在头部的压力大于作用在背部的压力。因此，物体上的压力的总体效果是防止物体的相对运动。由此产生的阻力称为中等阻力，一般来说，中等阻力比湿摩擦大得多。介质阻力和湿摩擦的本质完全不同，但它们在物体相对于液体或气体的运动中起着相同的作用。一般来说，介质阻力分为湿摩擦力，它们的本质没有研究。湿摩擦不同于干摩擦，没有相对运动就没有湿摩擦。因此，湿摩擦没有静摩擦。因为没有静摩擦力，不管力有多小，它都能推动物体在液体或气体中运动。在干摩擦的情况下，小于最大静摩擦力的力根本不能推动物体。你可以用竹竿推动船前进，但你从未见过用竹竿推动汽车前进。这就是原因。一旦发生相对运动，湿摩擦也会发生。湿摩擦力的方向自然与物体相对运动速度的方向相反。湿摩擦的大小随着相对运动的加速而增加。当相对运动相对较慢时，湿摩擦力的大小大致与速度成正比；当相对运动相对较快时，湿摩擦力大约与速度的平方成正比。浸没在液体或气体中的物体，例如用一定的力推动物体，会逐渐移动，因为没有静摩擦。一个物体开始移动，就会出现湿摩擦。起初，湿摩擦相对较小，小于施加的推力，物体继续加速。随着物体速度的增加，湿摩擦力增加。最后，当物体达到一定速度时，其相应的湿摩擦力等于所施加的驱动力，物体保持该速度并以恒定速度运动，这称为极限速度。如果物体的初始速度超过极限速度，则湿摩擦力大于施加的驱动力，并且运动变慢。最后，物体达到极限速度并以匀速运动。极限速度的大小显然与施加的驱动力的大小有关。在力学中，一般不分析和研究湿摩擦，主要考虑干摩擦。第三，推桌子时摩擦的影响，如果没有推，桌子会有向右的运动趋势，同时桌子会受到向左的静摩擦力的影响，这将阻碍这种运动趋势，使桌子处于相对静止的状态。如果在通过传送带向上运输货物的过程中没有摩擦，货物将沿着斜面向下滑动，因此物体将倾向于沿着斜面向下滑动，因此传送带将沿着斜面给货物一个静摩擦力，以阻碍货物的向下运动。如果没有摩擦力，我们就不能走路了。因为他们既不能站立也不能行走。例如，在冰上行走时，由于冰很滑，人们会感到非常疲劳和出汗。如果没有摩擦，道路会比冰更平坦，人们只有摔倒在地才会感觉更好。如果没有摩擦力，螺钉就不能拧紧，钉在墙上的钉子会自动松开并掉下来。根据万有引力定律，所有物体都会在万有引力的作用下聚集在一起。房子里所有的桌子和椅子都应该放在一起。轻轻一推，它就会散开，然后在地上滑动，滑过去，根本不能用。。。如果没有摩擦和介质阻力，当只有动能和势能相互转化时，机械能的总量将保持不变。这是摩擦的结果。总之，影响摩擦力的因素是固定的，很少，但它们的表现形式是非常多样和复杂的。只有充分认识和控制这些因素，才能充分利用有益的摩擦，避免有害的摩擦，最大限度地提高生产，改善生活。4.高端物理学中摩擦力的解释直到今天，人们对摩擦力的本质还没有一个非常清晰的认识。最先进行摩擦实验研究的代表人物是文艺复兴时期的达芬奇。他比较了具有不同光滑表面的物质之间的摩擦，并提出物体之间的摩擦程度取决于表面的粗糙度。表面越粗糙，摩擦越大，即固体表面的凹凸程度是摩擦的根本原因。这个想法逐渐发展成一种理论——凹凸说。根据这一理论，无论在物体表面进行什么样的加工，都会不可避免地留下大大小小的突起和突起。如果这些表面不平的物体相互接触，摩擦将不可避免地发生。有些人做了这样一个类比:固体表面的接触就像一座山翻过另一座山。因为它们是相互啮合的，只有通过破坏凸起部分，它们才能滑动，这是产生阻碍相对运动的摩擦力的基本原理。这个理论已经被许多人支持了很长时间。摩擦的另一种观点是分子理论。这是由英国物理学家德赛吉雷提出的。他认为摩擦力是由摩擦表面上的分子力相互交叉造成的。该理论指出，物体表面越光滑，摩擦面越接近，表面上的分子力就越大，因此摩擦力就越大。然而，由于加工工艺的原因，这一理论还没有得到实验的证实，这使得学者们很难接受。进入20世纪后，分子理论逐渐得到许多人的支持。一个叫尤因的人首先指出，摩擦造成的能量损失是固体表面分子引力场相互干扰造成的，与凹凸度无关。和另一位著名学者哈代一样，他做了大量的实验，从而证明了分子理论的正确性。他首先将两个物体的表面打磨得非常光滑，然后做了摩擦实验。结果表明，两个物体打磨得越光滑，它们之间的摩擦就越小。然而，当光滑度达到一定程度时，摩擦力会增加，甚至两个光滑的金属表面也会“粘”在一起。这正好证实了分子理论的观点:当两个表面上的分子进入彼此分子的引力圈时，两者之间会产生很强的附着力，并以摩擦力的形式表现出来。哈代的实验为分子理论提供了强有力的证据，从而被广泛认可并进一步发展为“粘着理论”。然而，由于分子理论和粘附理论的进步，凹凸术并没有被完全抛弃。这是有充分根据的，并且用相反的分子理论和粘着理论来证明。在这两个理论的基础上，有人提出了一个包括凹凸理论在内的全面的现代粘结理论。(1)凹凸啮合理论从15世纪到18世纪，科学家们提出了一个关于摩擦本质的理论。啮合理论认为摩擦是由物体相互接触的粗糙表面造成的。当两个物体压在一起时，接触面上的许多凹凸部分相互啮合。如果物体沿着接触面滑动，两个接触面的凸起部分会碰撞，导致断裂和摩擦损失，从而形成运动障碍。(2)粘附理论这是一种遵循凹凸啮合理论的关于摩擦性质的理论。它是由英国学者德莎·佐利克于1734年首次提出的。他认为两种抛光金属之间的摩擦会增加，这可以用当两个物体的表面完全接触时它们的分子吸引力增加来解释。自上个世纪以来，随着工业和科技的发展，摩擦理论的研究进一步深化。到上世纪中叶，一种新的摩擦附着理论诞生了。新的摩擦和粘附理论认为，无论两个表面有多光滑，它们在原子尺度上都是粗糙的，并且有许多微小的突起。如果两个表面放在一起，微凸起的顶部接触，并且在微凸起外部的接触表面之间有10-8m或更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部在接触表面上承受法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部会发生弹性变形。如果正常压力很大，超过某个值(每一次撞击约为千分之几牛顿)，并超过材料的弹性极限，微凸起的顶部将发生塑性变形，并被压入平坦的顶部。此时，相互接触的两个物体之间的距离将变小到分子(原子)重力将起作用的范围，因此，原子粘附将发生在两个紧密挤压的接触面上。此时，为了使彼此接触的两个表面相对滑动，必须向其中一个表面施加切向力，以克服分子(原子)之间的吸引力，并切断在实际接触区域中产生的接触点，从而引起摩擦。在现代摩擦理论中，也加入了静电。光滑的表面在摩擦过程中可能带不同的电荷，它们之间的静电相互作用也是摩擦的原因之一。总之，摩擦现象的机理是复杂的，必须用分子尺度来解释。由于分子力的电磁性质，摩擦也是由电磁相互作用引起的。上述理论已经否定了物体表面越光滑，摩擦力越小的说法。非常光滑的表面之间存在摩擦。“光滑表面”在教学中经常使用，这意味着没有摩擦或摩擦系数等于零，即没有摩擦。这是一种教学上的一致，并不是说两个表面都是光滑的。在平板玻璃板上推木块很容易，但在平板玻璃板上推同样质量的玻璃却不容易，这表明摩擦力增加了。