关于摩擦介绍

[拼音]：moca

[外文]：friction

当两个相互接触的物体之间具有相对速度，或具有相对运动趋势时，在它们的接触面上所产生的阻碍运动的机械相互作用。摩擦所产生的力或力偶称为摩擦力或摩擦力偶。产生于两固体之间的摩擦称为干摩擦。固体同液体（或气体）之间的摩擦称为湿摩擦。重要的摩擦类型有以下三种。

它又有静摩擦与动摩擦之分。当两个保持相对静止又相互接触的一个物体受到外力作用，而具有对于另一物体作相对滑动的趋势时，在这两个物体的接触面上会产生一个阻碍这一相对滑动发生的摩擦力，这个摩擦力称为滑动静摩擦力。滑动静摩擦力作用在两物体接触面的公切面上，方向与相对运动的趋势方向相反。滑动静摩擦力的大小随产生相对运动趋势的外部作用力的增大而增大，但具有一个最大值，当外部作用力超过此值时，两物体即发生相对运动。这时的摩擦力称为最大滑动静摩擦力。它的大小正比于两个物体的接触面在公法线方向上的相互作用力(即它们之间的正压力)的大小N，其比例系数μ称为滑动静摩擦系数。即最大滑动静摩擦力的大小F=μN，系数μ近似地与接触面的大小无关，只依赖于两物体的材料特性和接触面的物理状态。最大滑动静摩擦力F与正压力的反作用力N1的合力称为接触面的全反力R。R与N1之间的夹角称为摩擦角嗘。摩擦角的正切等于滑动静摩擦系数，即tg嗘=μ，以摩擦角嗘的两倍为顶角，以N1的方向为轴，以R为母线所构成的圆锥称为摩擦锥（见图）。当外部作用力的合力在摩擦锥内部时，无论外部作用力有多大，两物体仍将保持相对静止，这种现象称为自锁。

当两个物体的接触点(面)之间具有相对速度时，在它们的接触点（面）上所产生的摩擦力称为滑动摩擦力。在没有其他外力作用的情况下，滑动摩擦力将使相对速度逐渐减小，最后使它们相对静止。滑动摩擦力作用在两个物体接触面的公切面上，方向与相对速度方向相反。滑动摩擦力的大小与两物体之间的正压力N的大小成正比，其比例系数μ'称为滑动摩擦系数，即滑动摩擦力的大小为F'=μ'N。当相对速度在某一限度内，滑动摩擦系数近似地与相对速度的大小无关，与接触面积的大小也无关，它只依赖于两物体的材料特性与接触面上的物理状态。一般情况下，滑动摩擦系数小于滑动静摩擦系数。

它是由于两物体发生滚动（或具有滚动趋势）而在接触面处产生d塑性变形而引起的一种滚动阻力。它亦分为静摩擦与动摩擦两种。在两个保持相对静止又相互接触物体中的一个受外力矩作用而对于另一物体有相对滚动的趋势时，在它们的接触面上会产生一个阻碍发生相对滚动的力偶，它称为静摩擦力偶。静摩擦力偶矩随外力矩的增大而增大，但具有一最大值。当外力矩超过这一最大值时，物体开始发生相对滚动，这一摩擦力偶就称为最大静摩擦力偶。它作用在与相对滚动转轴垂直的平面内，其转向与外力矩的转向相反。力偶矩的大小与两物体的正压力N的大小成正比，即最大静摩擦力偶的力偶矩的大小M=δN，比例系数δ称为滚动静摩擦系数，量纲为L，它近似地只依赖于两物体的材料与接触面的物理状态。

当两个接触物体中的一个相对于另一个作无滑动的滚动并有相对角速度时，在它们的接触面上会产生一个阻碍相对滚动的力偶，这个力偶称为摩擦力偶。在没有外力矩作用的情况下，摩擦力偶将使相对滚动角速度逐渐减小而趋向于零。摩擦力偶作用在相对滚动的转轴的垂直平面内，方向与相对角速度的方向相反。力偶矩的大小正比于两物体之间的正压力N 的大小，M＝δ'N，其比例系数δ'称为滚动摩擦系数。滚动摩擦系数近似地只依赖于两物体的材料与接触面的物理状态，量纲为L。

当固体在液体或气体中作相对运动时，液体或气体也将在固体表面上产生阻碍运动的摩擦力。由于在运动物体的边界出现边界层，实际上摩擦在流体质点间发生，这是一种湿摩擦。这个摩擦力正比于液体或气体的粘性系数（见粘性）。在相对速度很小时，正比于相对速度；在一般情况下，它正比于相对速度的二次方或高次方。比例系数与固体的表面物理状态及形状有关。

除了静摩擦以外，所有的摩擦将毫无例外地产生热效应。因此，在有摩擦的运动中，机械能不再守恒，一部分机械能将由于摩擦而转化成热能。对于高速运动的物体，或表面十分粗糙的物体之间，由于摩擦产生的热量，使物体的温度急剧上升，甚至燃烧。人类的祖先正是利用摩擦生热原理，发明了钻木取火，才得以生存和发展。但是，由于摩擦而产生的热在很多情况下不能被利用，从而大大降低了机械效率和能源的有效利用率。除了损失能量外，磨擦使物体磨损，许多机器因磨损而报废，造成很大损失甚至发生事故。但是利用磨损也能带来好处，例如机械加工中的磨削就是一例。人类在与摩擦的危害性作斗争的同时，广泛地利用摩擦为人类服务。正是因为有摩擦，人才能在地面上行走，车辆才能在地面上行驶，机器才能传动和制动，结构才能靠螺栓、螺钉联结，纺织物才能编织成布等等。离开了摩擦，人类的衣食住行都将发生不可设想的困难。因而，摩擦是人类赖以生存、发展的不可缺少的条件。

关于产生摩擦的机理，以及摩擦力的精确描述，仍是一个需要深入探讨的问题。

参考书目

1. 捷里亚金著，刘超、吴惜抱译：《什么是摩擦》，科学出版社，北京，1966。

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