摩擦

一、要点内容

1．摩擦力

(1)定义：两个互相接触的物体，当它们要发生或已经发生相对运动时.就会在接触面上产生一种阻碍相

对运动的力,这种力就叫做摩擦力.

(2)物体之间产生摩擦力必须要具备以下三个条件:

第一,物体间相互接触、挤压

第二,接触面不光滑

第三,物体间有相对运动趋势或相对运动.

(3)理解摩擦力的概念时要明确.

第一.摩擦力是在两个物体互相接触时才可能产生.接触了要有相对运动趋势或已经发生了相对运动,

这时才会产生摩擦力.

第二.摩擦力是成对出现的,甲、乙两物体接触并有相对运动趋势或已经发生相对运动,这时甲对乙产

生了摩擦力作用,同时乙对甲也有了摩擦力作用.

第三.摩擦力有静摩擦和动摩擦两种.两物体接触有相对运动趋势,但没有相对运动,这时的摩擦力就叫

静摩擦力.如果相互接触的物体之间发生了相对运动,这时的摩擦力就叫动摩擦力.

第四.物体接触时的相对运动.可能是滑动,也可能是滚动,所以摩擦力可能是滑动摩擦力,也可能是滚

动摩擦力.

第五.物体间有相对运动趋势是指物体处于要动而未动的状态,此时物体间仍是相对静止的,所以不能

认为静止的物体就不会受到摩擦力;相反,运动的物体不一定就受到摩擦力作用.例如,物体A和B叠在一起

以相同的速度沿水平面作匀速直线运动,虽然两物体都在运动,但由于物体A和B的运动速度大小和方向都

相同,它们之间没有相对运动,所以两物体间没有摩擦力.

2.滑动摩擦力

(1)定义:当一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦力叫滑动摩擦力.

(2)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.根据两

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.

(3)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:实验中在木块上放一个砝码,用弹簧秤拉木块作匀速直线运动

时,砝码是由于受到木块对它的静摩擦力才随木块一道由静止变为运动的.具体情况是:当木块受到拉力

由静止向前运动时,砝码相对于木块要向后滑动,木块就给砝码一个阻碍它向后滑动的摩擦力,这个摩擦

力的方向是向前的.所以砝码相对于木块没有滑动,这时的摩擦力就是静摩擦力.

(4)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.

(5)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
正文

　　两相互接触的物体有相对运动或有相对运动趋势时在接触处产生阻力的现象,是摩擦学研究的重要内容。因摩擦而产生的阻力称为摩擦力。相互摩擦的两物体称为摩擦副。摩擦通常起有害作用，但有时又是不可缺少的。人的行走和机车的牵引能力都要依靠摩擦。在机械工程中利用摩擦做有益工作的有带传动、制动器、离合器和摩擦焊等。
　　摩擦种类:摩擦的类别很多，按摩擦副的运动形式摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦，前者是两相互接触物体有相对滑动或有相对滑动趋势时的摩擦，后者是两相互接触物体有相对滚动或有相对滚动趋势时的摩擦；按摩擦副的运动状态摩擦分为静摩擦和动摩擦，前者是相互接触的两物体有相对运动趋势并处于静止临界状态时的摩擦，后者是相互接触的两物体越过静止临界状态而发生相对运动时的摩擦；按摩擦表面的润滑状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦（见图）。摩擦又可分为外摩擦和内摩擦。外摩擦是指两物体表面作相对运动时的摩擦；内摩擦是指物体内部分子间的摩擦。干摩擦和边界摩擦属外摩擦，流体摩擦属内摩擦。

          
　　干摩擦：摩擦副表面直接接触，没有润滑剂存在时的摩擦。常用库仑摩擦定律表达摩擦表面间的滑动摩擦力F、法向力N和摩擦系数f间的关系：f=F/N。钢对钢的f值在大气中约为 0.15～0.20，洁净表面可达0.7～0.8。根据英国的F.P.鲍登等人的研究，极为洁净的金属（表面上的气体用加热、电子轰击等方法排除）在高真空度的实验条件下，表面接触处被咬死，f值可高达100。这种极为洁净的金属表面一旦与大气相接触便立即被污染或氧化，从而使f值显著下降。
　　用于阐明干摩擦特性的主要摩擦理论有机械啮合理论、分子吸引理论、静电子理论以及焊合-剪切和犁削理论。最早出现的机械啮合理论认为，两个粗糙接触表面相对运动时，对偶表面上的微凸体互相啮合，摩擦力就是这些啮合点切向阻力的总和。这个理论不能解释极光滑表面间的摩擦现象。分子吸引理论认为金属分子作连续振动和扭转时,对偶表面彼此互相夺取和丢失分子,从而引起粘着-滑移现象,粘着摩擦力是由分子运动键的断裂过程所引起的。静电力理论认为金属摩擦表面间的电子流动会在接触表面上引起相反极性的电荷聚集，从而产生静电吸引力，使表面互相贴附。这个理论能够解释摩擦过程中的粘着-滑移现象,但它预示的摩擦表面间在较长时间间隔内将有电子逸出和摩擦系数因之降低的现象，尚未在实验中观察到。1950年,鲍登提出的焊合-剪切和犁削理论（简称粘着理论）认为，摩擦表面局部接触区产生的高压引起局部焊合，由此形成的粘着结点随表面的相对滑动而被剪断。此外，在滑动中较硬表面的微凸体犁削较软材料的基体而产生摩擦力。这个理论能够解释各种金属的摩擦物理现象，得到比较普遍的认可。这些理论并不互相抵触,而是互为补充。1979年,美国的徐楠朴等人提出过摩擦系数等于机械啮合摩擦系数、粘着摩擦系数、犁削摩擦系数之和。
　　静摩擦的测定方法有倾斜法和牵引法。①倾斜法:把重力为N的欲测物体放在对偶材料的斜面上,逐渐增加斜面的倾角，测得物体开始滑动时的倾角 θ(摩擦角)，由此求得摩擦系数f=tgθ。②牵引法:把重力为N 的欲测物体放在对偶材料的平面上，以力P牵引,物体开始滑动时的力F就是最大的静摩擦力（此时F=P），由此求得摩擦系数f=F/N。
　　动摩擦可在各类型试验机上（如往复式摩擦磨损试验机、旋转圆盘-销式摩擦磨损试验机和四球式摩擦试验机）测定，为此在试验机上装设测定摩擦力或摩擦力矩的机构，先测出摩擦力，而后换算出摩擦系数。常见的测量方法有杠杆法、弹簧法和电测法等。测定时需要确保清洁，否则会影响所测的摩擦力。
　　边界摩擦和流体摩擦 　边界润滑状态下的摩擦称为边界摩擦。边界摩擦系数低于干摩擦系数。边界摩擦状态下的摩擦系数只取决于摩擦界面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。流体润滑状态下的摩擦称为流体摩擦。这种摩擦是流体粘性引起的。其摩擦系数较干摩擦和边界摩擦为低（见润滑）。
　　参考书目
　D.F.摩尔著,黄文治等译：《摩擦学原理及应用》,机械工业出版社,北京,1982。(D.F.Moore,Principles and　Application of Tribology，International Library,London.1975.)
　J.霍林著，上海交通大学摩擦学研究室译：《摩擦学原理》，机械工业出版社，北京，1981。(J.Halling,Principles of Tribology, Macmillan Pr.Ltd.,London,1975.)