摩擦类型

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简介

摩擦在许多情况下非常有用，因为它对物体的运动提供了很大的衡量标准。例如，当球被扔到地板上时，它会以一定速度开始运动。根据牛顿第一定律，运动方向决定了物体的摩擦力。不同汽车的发动机或电池电力有超过20%主要用于克服不同机械部件的摩擦力。

什么是摩擦力？

图1：粗糙表面的摩擦力

摩擦力和外部施加的法向力成正比。有时摩擦力并不依赖于接触表面的硬度。当物体的相对速度增加时，滑动摩擦力减小。当物体的流体摩擦力增加时，摩擦的相对速度也按相同比例增加。流体摩擦力也取决于该特定流体的速度 (Galay, Inagamov & Yuldashov, 2021)。

在滑动运动的情况下，物体的每个点都具有平动和线性运动。

影响摩擦力的因素

图2：影响摩擦力的因素

有一些重要因素会极大地影响摩擦力。影响摩擦力的外部因素是接触物体的表面的性质。摩擦力取决于表面的光滑度和粗糙度以及与物体接触的物体 (Galay, Inagamov & Yuldashov, 2021)。

作用于表面的外力也决定了摩擦率。当外力以不规则的方式施加时，摩擦率逐渐增加。其他影响摩擦力的因素包括物体的形状或设计以及表面积。摩擦的类型也会影响摩擦率，无论是滚动摩擦还是滑动摩擦 (Kumar & Kumaran, 2019)。滑动表面是固体还是流体决定了摩擦率。

摩擦的原因

表面不规则性的互锁是摩擦的另一个原因。除此之外，物体的摩擦力也是由物体的化学键合、静电以及施加于物体的电磁相互作用引起的 (Kumar & Kumaran, 2019)。物体的外部压力也是摩擦的原因。

不同类型的摩擦力

总共有四种重要的摩擦力。

图3：摩擦类型

静摩擦

当物体静止在表面上时，就会发生静摩擦。表面的外部纹理在改善和降低摩擦的可及性方面起着重要作用。例如，在森林中远足的情况下，个人的鞋子和地面之间会发生静摩擦 (Galay, Inagamov & Yuldashov, 2021)。缺乏静摩擦会导致光滑的表面，难以行走。静摩擦系数为 **F_s ^max = µ_sη 和 F_s ≤ µ_sη。**

滚动摩擦

滚动摩擦存在于滚动物体上。滚动摩擦小于滑动摩擦。利用滚动摩擦可以扩展地面运输的原因。滚动摩擦系数为 F_s = µ_r *F_n。车辆的车轮是滚动摩擦的例子。

图4：滚动摩擦

滑动摩擦

这种摩擦是两个不同物体之间产生的阻力。这两个物体必须以相反的方式相互滑动才能产生滑动摩擦。滑动摩擦系数为 F_s = µ_s *F_n (Latour et al. 2018)。在道路上滑动一个块是一个很好的滑动摩擦例子。

流体摩擦

这种摩擦发生在特定流体的不同层之间。在某个时间点，各层彼此相关地移动并产生流体摩擦。

摩擦力的优点和缺点

优点	缺点
摩擦有助于在揉搓手时产生热量。	摩擦力减慢运动物体的速度。
运动是由于摩擦产生的。	由于摩擦产生不必要的热量而造成能量浪费。
摩擦有助于在小行星到达地球之前将其燃烧。	由于摩擦，森林中会产生火灾，从而对环境造成破坏。

表1：摩擦力的重要优点和缺点

不同摩擦力的应用

• 木板、书和笔之间的摩擦有助于在上面书写。
• 在点燃火柴时，摩擦起着重要作用。
• 该反应应用于气缸活塞的运动。

结论

摩擦主要由两种不同类型的接触表面的不规则性引起。因此，当一个物体在另一个物体上移动时，表面不规则性会缠结在一起，从而产生摩擦。除此之外，滑动表面的粗糙性质也是产生摩擦的一个重要原因。与滚动运动相比，有几个点与线性和旋转运动的不同组合。

常见问题

Q1. 滑动摩擦系数是多少？

滑动摩擦的值为 F_s = μ_s * F_n。在这个摩擦力中，Fn 是法向力的值，μ_s 是滑动摩擦力的值。滑动摩擦系数的值用 μ_s 表示。

Q2. 流体摩擦的两个最常见的例子是什么？

游泳和笔中墨水的流动是流体方向的两个基本例子。在这种类型的摩擦中，流体的各层起着重要作用。

Q3. 哪些两个因素在产生摩擦方面非常重要？

运动和推力在产生摩擦中起着重要作用。摩擦量也取决于这两个因素。

Q4. 哪个公式与表示重力在摩擦中的作用相关？

公式 Fg = W sin θ 与说明重力在摩擦中的值相关。在这个公式中，Fg 表示力，W 是所选物体的重量，sin θ 是角度。