固體表面受到兩種類型的摩擦：靜摩擦和動(dòng)摩擦。當(dāng)表面靜止時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜摩擦——想象一下地板上的盒子。靜摩擦是阻止盒子在沒有被推動(dòng)的情況下移動(dòng)的原因，并且在盒子移動(dòng)之前必須用足夠的反作用力來(lái)克服它。動(dòng)摩擦(也稱為動(dòng)態(tài)摩擦)是表面運(yùn)動(dòng)后抵抗表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。

兩個(gè)表面之間的靜摩擦總是高于動(dòng)摩擦。這是為什么呢?為了找出答案，讓我們看看每種摩擦背后的原因。

靜摩擦力

關(guān)于靜摩擦的成因有多種理論，并且與大多數(shù)與摩擦相關(guān)的概念一樣，每一種理論都在某些條件下證明有效，但在其他情況下則無(wú)效。對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用(尤其是與工業(yè)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的應(yīng)用)，靜摩擦背后兩個(gè)zui廣泛接受的理論與表面的微觀粗糙度有關(guān)。

靜摩擦?xí)柚购凶右苿?dòng)，直到施加的力 (F) 超過(guò)靜摩擦力 (f s )。

無(wú)論表面的加工、拋光和清潔多么完 美，它都不可避免地會(huì)出現(xiàn)凹凸不平——本質(zhì)上是“粗糙度”，由峰谷組成，就像山脈一樣。(從技術(shù)上講，“峰”是凹凸不平的地方。)當(dāng)兩個(gè)表面接觸時(shí)，它們可能看起來(lái)有一個(gè)大的、明確定義的接觸區(qū)域，但實(shí)際上，接觸只發(fā)生在某些地方——也就是說(shuō)，兩個(gè)表面的粗糙度干涉。粗糙之間的這些小接觸區(qū)域的總和被稱為“真實(shí)”或“有效”接觸區(qū)域。

由于這些單獨(dú)的接觸面積非常小，因此這些點(diǎn)的表面之間的壓力(壓力 = 力 ÷ 面積)非常高。這種極端壓力允許通過(guò)稱為冷焊的過(guò)程在表面之間發(fā)生粘附，該過(guò)程發(fā)生在分子水平上。在表面可以相對(duì)移動(dòng)之前，導(dǎo)致這種粘附的鍵必須被破壞。

由于表面在微觀上很粗糙，有凹凸不平和凹陷，因此它們之間的實(shí)際接觸面積遠(yuǎn)小于表觀接觸面積。

此外，表面的粗糙度意味著在某些位置，一個(gè)表面的凹凸不平會(huì)沉入另一個(gè)表面的凹陷中——換句話說(shuō)，表面會(huì)互鎖。在表面可以移動(dòng)之前，這些互鎖區(qū)域必須被破壞或塑性變形。換句話說(shuō)，必須發(fā)生磨損。

因此，在大多數(shù)應(yīng)用中，靜摩擦是由接觸表面的粘附和磨損引起的。

動(dòng)摩擦

克服兩個(gè)表面之間的靜摩擦基本上消除了運(yùn)動(dòng)的分子障礙(粗糙之間的冷焊)和在某種程度上的機(jī)械障礙(表面粗糙和谷之間的干擾)。一旦運(yùn)動(dòng)開始，一些磨損就會(huì)繼續(xù)發(fā)生，但比靜摩擦期間的磨損要低得多。并且表面之間的相對(duì)速度不足以為發(fā)生額外的冷焊提供足夠的時(shí)間(速度極低的情況除外)。

一旦克服了靜摩擦力，盒子就會(huì)移動(dòng)?，F(xiàn)在，與運(yùn)動(dòng)相反的摩擦力要低得多，稱為動(dòng)摩擦力 (F k )。

隨著大部分粘附和磨損被克服以引起運(yùn)動(dòng)，表面之間的運(yùn)動(dòng)阻力降低，并且表面現(xiàn)在在動(dòng)摩擦的影響下移動(dòng)，這比靜摩擦低得多。

關(guān)于摩擦的假設(shè)

摩擦力是一種極其復(fù)雜的力，在不同的條件下會(huì)以不同的方式表現(xiàn)出來(lái)，因此很難用物理定律和數(shù)學(xué)方程式來(lái)表達(dá)。然而，關(guān)于摩擦的三個(gè)假設(shè)適用于大多數(shù)現(xiàn)實(shí)世界的情況：

1、摩擦力與法向力成正比。

2、摩擦力與表觀接觸面積無(wú)關(guān)。

3、摩擦力與相對(duì)速度無(wú)關(guān)。

您可能會(huì)注意到假設(shè)圖2(摩擦與接觸面積無(wú)關(guān))似乎與之前提出的想法相矛盾，因?yàn)榇植谥g的接觸點(diǎn)非常小，表面之間的壓力很高并且會(huì)發(fā)生粘附(通過(guò)冷焊) ，這會(huì)增加摩擦力。但請(qǐng)注意假設(shè)圖2 指定了“表觀”接觸區(qū)域。

使用上面的盒子示例：假設(shè)您將盒子的內(nèi)容移動(dòng)到另一個(gè)占地面積更大的盒子。質(zhì)量(因此，法向力)沒有改變，但表觀接觸面積更大。盡管表觀接觸面積更大，但摩擦力保持不變，正如假設(shè)圖2 所預(yù)測(cè)的那樣。

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