磨擦力是一種力,它是兩個物體相對運動或企圖相對運動時,因為接觸面之間的粗糙度而形成的抵抗運動的力。當兩個物體接觸并相對滑動或企圖相對滑動時,它們之間的接觸表面會形成互相斥力,這就是磨擦力。
一、摩擦力的估算公式
可以依照具體情況分為兩種情況:靜磨擦力和動磨擦力。
1.靜磨擦力()
靜磨擦力是指當物體仍未開始滑動時,所遭到的抵抗其運動的力。它的大小與企圖將物體聯通的力相等但方向相反,直至達到最大可能值。
靜磨擦力的估算公式如下:
=μ×N
其中,
為靜磨擦力;
μ為靜磨擦系數,表示兩個接觸物體間的表面粗糙程度的數學量;
N為物體遭到的垂直于接觸面的支持力(正壓力)。
2.動磨擦力()
動磨擦力是指當物體早已處于滑動狀態時,所遭到的抵抗其運動的力。它的大小一般是一個常數,不依賴于速率或加速度。
動磨擦力的估算公式如下:
=μ×N
其中,
為動磨擦力;
μ為動磨擦系數,表示兩個接觸物體間的表面粗糙程度的數學量;
N為物體遭到的垂直于接觸面的支持力(正壓力)。
須要注意的是,磨擦力的大小不能超過靜磨擦力的最大值。當施加在物體上的力超過了靜磨擦力的最大值時,物體將開始滑動,此時應使用動磨擦力的公式估算磨擦力。
二、摩擦力的形成緣由
磨擦力的形成是因為物體表面的粗糙度和互相接觸導致的。以下是磨擦力形成的主要緣由:
1.表面粗糙度:物體表面并不是完全光滑的,而是具有微小的凸凹結構。這種凸凹結構促使兩個物體在接觸時不能完全貼合,造成表面間存在間隙。當企圖聯通物體時,這種凸凹結構會互相干涉,形成抵抗運動的力。
2.引力和電磁力:物體表面之間還存在著分子間的吸引力,如范德華力青河電力。這種吸引力降低了兩個物體之間的粘附力,因而降低了磨擦力。
3.分子運動:物體表面的分子不斷地進行熱運動,它們具有一定的動能。當兩個物體接觸時,分子之間發生碰撞,形成磨擦力。
磨擦力的大小與物體表面的性質有關,包括表面粗糙度、材質和濕度等誘因。據悉,磨擦力還遭到施加在物體上的壓力和運動狀態的影響。當施加的力小于或等于磨擦力時,物體將開始滑動;而當施加的力大于磨擦力時,物體將保持靜止。
磨擦力的形成是因為物體表面的粗糙度和互相接觸導致的,包括表面間的凸凹結構、吸引力和分子運動等誘因。這種誘因共同作用,造成了磨擦力的存在。
三、摩擦力的用途
磨擦力在日常生活和工程領域中具有廣泛的應用,以下是一些常見的磨擦力的用途:
1.步行和運動:磨擦力使我們才能行走、跑步和進行各類運動。當我們的腳接觸地面時,地面提供了足夠的磨擦力來保持我們的平衡和穩定。
2.車胎牽引力:汽車行駛時,車輛車胎與橋面之間的磨擦力提供了牽引力,使汽車才能加速、制動和拐彎。
3.煞車系統:磨擦力在制動系統中起關鍵作用。制動盤或制動鼓與制動片或制動鞋之間的磨擦力形成阻力,將汽車減速或停止。
4.傳送帶和皮帶傳動:磨擦力被廣泛用于傳送帶和皮帶傳動系統中,以將物體從一個位置輸送到另一個位置。
5.緊固件和螺紋聯接:在機械裝置和結構中,螺紋聯接使用磨擦力來保持緊固件的穩定性,避免松動。
6.銑削和碾磨加工:在銑削和碾磨過程中,通過施加磨擦力來移除材料,實現精確的加工和表面光滑度。
7.煞車墊和磨擦片:磨擦片和煞車墊借助磨擦力將機械能轉化為熱能,以實現剎車療效。
8.磨擦離合器:磨擦離合器借助磨擦力來控制兩個旋轉部件之間的傳遞力和怠速,實現離合操作。
那些只是磨擦力的一些應用領域的事例,實際上,磨擦力在各個領域都飾演著重要的角色。通過合理地借助和控制磨擦力,我們可以實現許多實用和必要的功能。
磨擦力的公式:f=μ×Fn(FN:正壓力(不一定等于施力物體的重力)磨擦力就是物體在不光滑表面發生相對平移或有相對平移趨勢所形成的相反斥力,而磨擦力的大小決定于兩個值。垂直壓力和磨擦系數。
1、滑動磨擦力:f=mF
說明:①FN為接觸面間的彈力,可以小于G;也可以等于G;也可以大于G
②m為滑動磨擦質數,只與接觸面材料和粗糙程度有關,與接觸面積大小、接觸面相對運動快慢以及正壓力N無關。
2、靜磨擦力:
其大小與其他力有關,由物體的平衡條件或牛頓第二定理求解,不與正壓力成反比。
大小范圍:O£f靜£fm(fm為最大靜磨擦力,與正壓力有關)
說明:
a、
磨擦力可以與運動方向相同,也可以與運動方向相反。
b、
磨擦力可以做正功,也可以做負功,還可以不做功。
c、
磨擦力的方向與物體間相對運動的方向或相對運動趨勢的方向相反。
d、
靜止的物體可以受滑動磨擦力的作用,運動的物體可以受靜磨擦力的作用。
3、滾動磨擦力
一個物體在另一個物體表面滾動時,因為兩物體在接觸部份受壓發生形變而形成的對滾動的制約作用,稱作滾動磨擦力。
滾動磨擦力,是物體滾動時,接觸面始終在變化著,物體所受的磨擦力。它實質上是靜磨擦力。接觸面軟,形狀變化愈大,則滾動磨擦力就愈大。通常情況下,物體之間的滾動磨擦力遠大于滑動磨擦力。在交通運輸以及機械制造工業上廣泛應用滾動軸承,就是為了減輕磨擦力。諸如,列車的主動輪的磨擦力是促使列車前進的動力。而被動輪所受之靜磨擦則是制約列車前進的滾動磨擦力。
簡單的講磨擦力就是物體在不光滑表面發生相對平移或有相對平移趨勢所形成的相反斥力,而磨擦力的大小決定于兩個值。垂直壓力和磨擦系數。固定其中的一個值。另一個值與磨擦力都是成線性反比關系。方向永遠是平行于接觸面且妨礙相對運動發生的
有滾動磨擦和滑動磨擦之分摩擦力與速度有關嗎,但公式都是f=μN
磨擦力的估算公式取決于磨擦的類型,主要有靜磨擦力和動磨擦力兩種情況。以下是它們的估算公式:
1.靜磨擦力:
靜磨擦力是當兩個表面之間相對運動處于停止狀態時形成的磨擦力。它的大小取決于物體之間的接觸力青河磨擦系數。靜磨擦力的估算公式為:
F靜=μ靜*N
其中,F靜是靜磨擦力,μ靜是靜磨擦系數,N是垂直于接觸面的正壓力(垂直于物體表面的力)。
2.動磨擦力:
動磨擦力是當兩個表面相對運動時形成的磨擦力。與靜磨擦力不同,動磨擦力的大小一般大于或等于靜磨擦力。動磨擦力的估算公式為:
F動=μ動*N
其中,F動是動磨擦力,μ動是動磨擦系數,N是垂直于接觸面的正壓力。
須要注意的是,磨擦系數是一個與材料和表面性質有關的常數。不同材料之間的磨擦系數可能會有所不同,而同一材料的磨擦系數也可能隨著表面狀態的變化而改變。為此,在具體問題中,須要依照實際情況選擇相應的磨擦系數。
磨擦力的估算公式取決于磨擦的類型。在常見的情況下,有兩種類型的磨擦:靜磨擦和動磨擦。
1.靜磨擦力的估算公式:
靜磨擦力是指在物體相對靜止時,妨礙物體開始運動的力。靜磨擦力的大小取決于物體之間的接觸面積和彼此間的粗糙程度。按照靜磨擦力的最大值可以估算下來,它的估算公式為:
F靜=μs*N
其中,F靜是靜磨擦力,μs是靜磨擦系數,N是物體之間的正壓力。
2.動磨擦力的估算公式:
動磨擦力是指在物體相對運動時,妨礙物體繼續運動的力。動磨擦力的大小也取決于物體之間的接觸面積和彼此間的粗糙程度。動磨擦力一般大于靜磨擦力,但是它的大小可以使用以下公式估算:
F動=μk*N
其中,F動是動磨擦力,μk是動磨擦系數,N是物體之間的正壓力。
須要注意的是,磨擦系數μs和μk是與物體和表面材料的性質有關的常數,它們的值可以通過實驗或參考表格來確定。正壓力N是指物體之間的垂直力,可以通過施加在物體上的力來估算得到。
妨礙物體相對運動(或相對運動趨勢)的力稱作磨擦力。磨擦力的方向與物體相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反。
磨擦力分為靜磨擦力、滾動磨擦、滑動磨擦三種。
一個物體在另一個物體表面發生滑動時,接觸面間形成制約它們相對運動的磨擦,稱為滑動磨擦。滑動磨擦力的大小與接觸面的粗糙程度的大小和壓力大小有關。壓力越大,物體接觸面越粗糙,形成的滑動磨擦力就越大。
減小有利磨擦的方式有:減小壓力、增大接觸面的粗糙程度、壓力的大小等。減少有害磨擦的方式有:①減小壓力②使物體與接觸面光滑③使物體與接觸面分離④變滑動為滾動等。
特點特點
編輯
磨擦力圖示
磨擦力與互相磨擦的物體有關,因而化學學中對磨擦力所作出的描述不通常化,也不像對其它的力這么精確。沒有磨擦力的話鞋帶未能系緊,螺母釘和鐵釘難以固定物體。
磨擦力內最大的分辨是靜磨擦力與其它磨擦力之間的區別。有人覺得靜磨擦力實際上不應當算作磨擦力。其它的磨擦力都與耗散有關:它促使互相磨擦的物體的相對速率增加,并將機械能轉化為熱能。
固體表面之間的磨擦力分滑動磨擦、滾動磨擦、靜磨擦、滾壓磨擦和轉動磨擦。在工程技術中人們使用潤滑油來減少磨擦。如果互相磨擦的兩個表面被一層液體隔離,這么它們之間可以形成液體磨擦,如果液體的隔離不徹底的話,這么也可能形成混和磨擦。氣墊滑軌是借助二氧化碳磨擦來工作的。潤滑油和氣墊滑軌的工作原理都是借助“用液體或二氧化碳(即流體)磨擦來替代固體磨擦”來工作的。
如果潤滑油、液體或二氧化碳沿一個固體表面流動,其流速會受磨擦力的影響而增加。固體表面的構造對這個磨擦力的影響比較小摩擦力與速度有關嗎,最主要的是流體的橫截面面積。其緣由是除了在流體與固體的交面有磨擦力,流體內部不同的層之間也有內部磨擦,流體離固體表面的距離不同,其流速也不同。
一個相對于一個流體運動的物體遭到阻力。這個阻力與它的運動方向相反。在層流的情況下這個阻力與它的速率成比列,在流場中這個阻力與它的速率的平方成比列。有時一個物體同時遭到阻力和磨擦力,例如一輛車輛在運動時既遭到空氣的阻力也深受其車胎的滾動磨擦。[1](磨擦力有時能使物體運動,與阻力不同。)
公式
編輯
磨擦力的符號為f。
兩個相互接觸的物體,當它們發生相對運動或具有相對運動趨勢時,都會在接觸面上形成制約相對運動或相對運動趨勢的力,這些力稱作磨擦力[2]
條件
第一:物體間互相接觸;
第二:物體間有互相擠壓作用;
第三:物體接觸面都粗糙;
第四:物體間有相對運動趨勢或相對運動;[2]
減小有益磨擦的方式
(1)減小接觸面粗糙程度;
(2)減小壓力;
(3)化滾動磨擦為滑動磨擦;
減少有害磨擦的方法
(1)用滾動磨擦取代滑動磨擦;
(2)使接觸面分離【在物體接觸面產生一層氣墊或磁懸浮】;
(3)降低壓力;
(4)減少物體接觸面粗糙程度。
在工程技術中人們常常通過施加潤滑油的方式來降低磨擦,研究這個問題的科學稱為磨擦學,它是機械制造的一個分支科學。