摩擦力

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摩擦力是抵抗固体表面、流体层和材料元素相互滑动的相对运动的力。有几种类型的摩擦: 干摩擦力是一种阻止两个接触的固体表面相对横向运动的力。干摩擦又分为非运动表面之间的静摩擦(静摩擦)和运动表面之间的动摩擦。除了原子或分子摩擦外,干摩擦通常由表面特征的相互作用引起,称为粗糙(见图1)。 流体摩擦描述了彼此相对移动的粘性流体层之间的摩擦。 润滑摩擦是流体摩擦的一种情况,其中润滑剂流体将两个固体表面分开。...
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简介

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摩擦力是抵抗固体表面、流体层和材料元素相互滑动的相对运动的力。 有几种类型的摩擦:

  • 干摩擦力是一种阻止两个接触的固体表面相对横向运动的力。 干摩擦又分为非运动表面之间的静摩擦(静摩擦)和运动表面之间的动摩擦。 除了原子分子摩擦外,干摩擦通常由表面特征的相互作用引起,称为粗糙(见图 1)。
  • 流体摩擦描述了彼此相对移动的粘性流体层之间的摩擦。
  • 润滑摩擦是流体摩擦的一种情况,其中润滑剂流体将两个固体表面分开。
  • 皮肤摩擦是阻力的一个组成部分,阻力是阻碍流体在身体表面运动的力。
  • 内摩擦力是构成固体材料的元素之间在发生变形时阻止运动的力。

当接触的表面彼此相对移动时,两个表面之间的摩擦将动能转化为热能(即,将功转化为热能)。 这种特性可能会产生戏剧性的后果,例如通过将木块摩擦在一起产生的摩擦力来生火。 每当发生摩擦运动时,例如当粘性流体被搅拌时,动能就会转化为热能。 许多类型的摩擦的另一个重要后果可能是磨损,这可能导致性能下降或组件损坏。 摩擦力是摩擦学的组成部分。

摩擦力在提供牵引力以促进陆地运动方面是可取且重要的。 大多数陆地车辆依靠摩擦来加速、减速和改变方向。 牵引力突然降低会导致失控和事故。

摩擦力本身并不是一种基本力。 干摩擦起因于表面间粘附、表面粗糙度、表面变形和表面污染的组合。 这些相互作用的复杂性使得根据xxx原理计算摩擦力变得不切实际,并且需要使用经验方法进行分析和理论发展。

摩擦力是一种非保守力——抵抗摩擦所做的功是路径相关的。 在存在摩擦的情况下,一些动能总是转化为热能,因此机械能不守恒。

历史

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包括亚里士多德、维特鲁威和老普林尼在内的希腊人对摩擦的起因和缓解很感兴趣。 他们意识到静摩擦和动摩擦之间的差异,西米斯提乌斯在公元 350 年指出,推动移动物体的运动比移动静止物体更容易。

经典的滑动摩擦定律是摩擦学先驱列奥纳多·达·芬奇 (Leonardo da Vinci) 于 1493 年发现的,但他的笔记本中记载的定律并未出版,因此一直不为人知。 这些定律在 1699 年被纪尧姆·阿蒙顿 (Guillaume Amontons) 重新发现,并被称为阿蒙顿干摩擦三定律。 Amontons 从表面不平整度和提升重物将表面压在一起所需的力方面介绍了摩擦的性质。 Bernard Forest de Bélidor 和 Leonhard Euler (1750) 进一步阐述了这一观点,他们导出了重物在倾斜平面上的休止角,并首先区分了静摩擦和动摩擦。John Theophilus Desaguliers (1734) 首先认识到 摩擦中的附着力。 微观力量导致表面粘在一起; 他提出摩擦力是将粘附表面撕开所必需的力。

Charles-Augustin de Coulomb (1785) 进一步发展了对摩擦力的理解。 Coulomb 研究了四个主要因素对摩擦的影响:接触材料的性质及其表面涂层; 表面积的范围; 正常压力(或负载); 以及表面保持接触的时间长度(静止时间)。

摩擦力

库仑进一步考虑了滑动速度温度湿度的影响,以便在已提出的关于摩擦性质的不同解释之间做出决定。 库仑摩擦定律(见下文)区分了静摩擦和动摩擦,尽管约翰·安德烈亚斯·冯·塞格纳 (Johann Andreas von Segner) 已于 1758 年对此进行了区分。Pieter van Musschenbroek (1762) 解释了静止时间的影响 )通过考虑纤维材料的表面,纤维啮合在一起,这需要有限的时间来增加摩擦。

John Leslie (1766–1832) 指出了 Amontons 和 Coulomb 观点的一个弱点:如果摩擦力是由于一个重物沿着连续的凹凸不平的斜面向上拉起的,那么为什么它不能通过下降相反的斜坡来平衡呢?

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