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摩擦力知识点 doc

发布时间:2014-01-25 11:51:24  

摩擦力

概述

摩擦力图示

摩擦力与相互摩擦的物体有关,因此物理学中对摩擦力所做出的描述不一般化,也不像对其它的力那么精确。没有摩擦力的话鞋带无法系紧,螺丝钉和钉子无法固定物体。 摩擦力内最大的区分是静摩擦力与其它摩擦力之间的区别。有人认为静摩擦力实际上不应该算作摩擦力。其它的摩擦力都与耗散有关:它使得相互摩擦的物体的相对速度降低,并将机械能转化为热能。

固体表面之间的摩擦力分滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦、滚压摩擦和转动摩擦。在工程技术中人们使用润滑剂来降低摩擦。假如相互摩擦的两个表面被一层液体隔离,那么它们之间可以产生液体摩擦,假如液体的隔离不彻底的话,那么也可能产生混合摩擦。气垫导轨是利用气体摩擦来工作的。润滑剂和气垫导轨的工作原理都是利用“用液体或气体(即流体)摩擦来代替固体摩擦”来工作的。

假如润滑剂、液体或气体沿一个固体表面流动,其流速会受摩擦力的影响而降低。固体表面的构造对这个摩擦力的影响比较小,最主要的是流体的横截面面积。其原因是不仅在流体与固体的交面有摩擦力,流体内部不同的层之间也有内部摩擦,流体离固体表面的距离不同,其流速也不同。

一个相对于一个流体运动的物体受到阻力。这个阻力与它的运动方向相反。在层流的情况下这个阻力与它的速度成比例,在紊流中这个阻力与它的速度的平方成比例。有时一个物体同时受到阻力和摩擦力,比如一辆汽车在运动时既受到空气的阻力也受到其轮胎的滚动摩擦。[1](摩擦力有时能使物体运动,与阻力不同。)

简介编辑

定义

两个互相接触的物体有弹力,当它们要发生或有趋势发生相对运动时,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。

条件

第一:物体间相互接触;

第二:物体间有相互挤压作用;

第三:物体接触面粗糙;

第四:物体间有相对运动趋势或相对运动;

2.摩擦分类

(1)滑动摩擦:一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦,此时摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。

影响滑动摩擦力大小的因素:压力的大小和接触面的粗糙程度。在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;在压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

(2)滚动摩擦:一个物体对在它表面上滚动的物体产生的摩擦,滚动摩擦比滑动摩擦小得多。

(3)静摩擦:一个物体相对于另一个物体来说,有相对运动趋势,但没有相对运动时产生的摩擦,它随外力的变化而变化,当静摩擦力增大到最大静摩擦时,物体就会运动起来。

3.增大有益摩擦的方法:

(1)增大接触面粗糙程度

(2)增大压力

(3)化滚动摩擦为滑动摩擦

4.减小有害摩擦的方法是:

(1)用滚动代替滑动;

(2)使接触面分离【①加润滑油。②在物体接触面形成一层气垫③磁悬浮】

(3)减小压力

(4)减小物体接触面粗糙程度

归纳为:

(1)“有利”摩擦:

增大摩擦的方法:增加接触面的粗糙程度;增大压力;使滚动变为滑动。

(2)“有害”摩擦:

减小摩擦的方法:减少粗糙面的粗糙程度;减小压力;变滑动为滚动;使物体接触面稍稍分离。

分类编辑

滑动摩擦力

定义:

滑动摩擦力

(1)当一个物体在另一个物体表面上滑动时,会受到另一个物体阻碍它滑动的力叫滑动摩擦力。

(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。根据二力平衡的条件,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接触面所受的压力大小、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:生活中,传送带把货物从低处送到高处,就是靠传送带对货物斜向上的摩擦力实现的。

(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[1]。

(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。

(6)滑动摩擦力的方向总是沿接触面,并且与物体相对运动方向相反。

(7)公式:F=μ×FN FN:正压力(不一定等于施力物体的重力)μ:动摩擦因数(是数值,无单位)

静摩擦力

若两相互接触且相互挤压,而又相对静止的物体,在外力作用下如只具有相对滑动趋势,而又未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力,谓之“静摩擦力”。

大小:静摩擦力根据外力而变化,但有一个最大值,叫做最大静摩擦力。最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

方向:跟接触面相切,跟相对运动趋势方向相反。

润滑编辑

在工程技术中人们往往通过施加润滑剂的方法来减少摩擦,研究这个问题的科学称为摩擦学,它是机械制造的一个分科学。

固体摩擦

滑动摩擦力总是比最大静摩擦力要小。它由垂直于摩擦面的压力Fn和滑动摩擦系数μ决定,它与滑动面之间的相对速度和面积无关。摩擦系数由滑动面的物质、粗糙度和(可能存在的)润滑剂所决定。

滚动摩擦力

假如一个物体在一个平面上滚动的话,那么它会受到滚动摩擦。假如滚动的物体与平面之间的摩擦力等于施加于该物体上的其它所有力的合力的话,那么它的运动是一个纯的滚动运动,其中没有滑动的部分。滚动摩擦力,是物体滚动时,接触面一直在变化着,物体所受的摩擦力。它实质上是静摩擦力。接触面愈软,形状变化愈大,则滚动摩擦力就愈大。一般情况下,物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。在交通运输以及机械制造工业上广泛应用滚动轴承,就是为了减少摩擦力。例如,火车的主动轮的摩擦力是推动火车前进的动力。而被动轮所受之静摩擦则是阻碍火车前进的滚动摩擦力。

滚压摩擦力

假如滚动运动和滑动运动同时存在,那么这种混合摩擦也被称为滚压摩擦。

转动摩擦力

一个球沿其垂直于一个平面的轴转动时所产生的摩擦力被称为转动摩擦,它与转动运动的力矩T有关:

N=frac{T}{F_N}incm

内部摩擦编辑

内部摩擦是物质内部的原子或分子相互运动所造成的能量损失。由于外部力作用所造成的不同部位的粒子的加速度的不同可以造成(比如液体)内部的相对运动。内部摩擦的大小与物质的粘性有关。不像固体表面的摩擦那样含糊,内部摩擦可以通过统计力学的方式相当精确地计算出来。在力学中一般人们在计算时尽量省略摩擦所造成的损失,在流体力学中内部摩擦是理论中的一个内在部分,它可以由奈维尔-史托克斯方程式来计算。

流变学是研究复杂的流体(比如悬浮液或高分子化合物)的学科。在这些液体中的内部摩擦非常复杂,线性的奈维尔-史托克斯方程式不能用来描写它了。

凹凸啮合说编辑

是从15世纪至18世纪,科学家们提出的一种关于摩擦力本质的理论。啮合说认为摩擦是由相互接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时,接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动,两个接触面的凸起部分相互碰撞,产生断裂、磨损,就形成了对运动的阻碍。

粘附说编辑

这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦力本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出。他认为两个表面抛得很光的金属,摩擦力会增大,可以用两个物体的表面充分接触时,它们的分子引力将增大来解释。

上世纪以来,随着工业和技术的发展,对摩擦理论的研究进一步深入,到上世纪中期,诞生了新的摩擦粘附论。

新的摩擦粘附论认为,两个相互接触的表面,无论做得多么光滑,从原子尺度看,还是粗糙的,有许多微小的凸起,把这样的两个表面放在一起,微凸起的顶部发生接触,微凸起之外的部分接触面间有10^-8m或更大的间隙。这样,接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小,微凸起的顶部发生弹性形变;如果法向压力较大,超过某一数值(每个凸起上约千分之几牛顿),超过材料的弹性限度,微凸起的顶部便发生塑性形变,被压成平顶,这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子(原子)引力发生作用的范围,于是,两个紧压着的接触面上产生了原子性黏合。这时,要使两个彼此接触的表面发生相对滑动,必须对其中的一个表面施加一个切向力,来克服分子(原子)间的引力,剪断实际接触区生成的接点,这就产生了摩擦。

人们通过不断试验和分析计算,发现上述两种理论提出的机理都能产生摩擦,其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上,两种机理的表现有所偏向:金属材料,产生的摩擦以粘附作用为主;而对木材,产生的摩擦以啮合作用为主;实际上,关于摩擦力的本质,目前尚未有定论,仍在深入讨论中。

测量编辑

使用弹簧测力计,用钩子钩上被测物体,在水平桌面上(相对的)进行匀速直线运动,弹簧测力计上的示数即是被测物体的摩擦力的大小(粗略)弹簧的拉力等于摩擦力。加速运动,摩擦力不变.

利用编辑

1.自行车的车闸

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2.冰壶运动

冰壶运动

3.火柴擦出火的过程

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