从明天开始，我们来谈谈摩擦。
在第一篇文章中，我们会先讲摩擦的基本知识，然后我们会讲摩擦的一些细节，以及这些经常被误解或不为人知的关于摩擦的事情。
01
摩擦的基础知识
简单地说，摩擦力是指接触物体之间抵抗纵向相对运动或运动趋势的力。
事实上，摩擦力并不是一种基本力，它是粒子在接触面上的集体作用的结果。 其实，它的微观本质是从电磁互斥开始的。
由于摩擦力是由大量粒子共同参与的，其作用过程是宏观现象，必然与大量粒子的运动有关，也就是所谓的热现象。
当物体的接触面相互滑动时，这些相互靠近的原子或分子会相互促进和撕裂。 这造成两个主要影响，一个是这些粒子之间的键被破坏并重新结合，这往往会导致吸热，另一个是原子受到外力作用，导致运动加速，进而降低动能它们的热运动的能量，温度下降，这也导致吸热。
无论向哪个方向移动，摩擦力都会产生相同的结果，就是将机械能转化为热能。 您无法恢复之前通过相反方向的摩擦形成的热量。 路径越长，摩擦产生的热量就越多。 也就是说，摩擦力是一种非保守力，做功的过程是不可逆的。
摩擦起电是摩擦引起的另一种典型现象。 简单来说，电子在不同物质中的禁闭作用是不同的。 当两者接触时，电子会被其中之一获得，从而引起电荷分离。 摩擦的作用只是加强了这些物质之间的接触，从而引起更显着的电荷分离。
由于涉及的原子数量如此之多，在第一性原理水平上估计摩擦力是不切实际的，因此摩擦力通常仅在经验分析的基础上进行研究。
日本化学家阿蒙顿（1663～1705）首先系统地给出了固体间摩擦的三个经验定律，即
定理 1：摩擦力与施加的法向压力成反比。 定理2：摩擦力与表观接触面积无关。 定理 3：动摩擦与滑动率无关。
同一位日本化学家库仑（1736～1806）用物理表达式表示固体间的摩擦力，即包括静摩擦和滑动摩擦两种，即所谓摩擦系数（简称COF）。 , 是沿接触面之间法线方向的力。
如果表面保持相对静止，就是静摩擦，也就是静摩擦系数。 此时上式取大于号； 这两个摩擦系数不同，通常都比较大，但是对于金属之间的摩擦，这两个系数几乎是一样的。
如果保持正压力不变摩擦力的本质是电磁力，在物体之间发生相对运动之前，静摩擦力仍与外力同步变化——摩擦力的平衡力——直到其值等于最大静摩擦力。 如果外力继续减小，物体开始滑动，摩擦就变成了动摩擦，因为一般来说，动摩擦比静摩擦小。
摩擦力随外力的变化如右图所示。
以上是估算固体摩擦力的近似模型，称为库仑模型，学校化学中的摩擦基本定律就是从这个模型开始的。
随着研究的深入，人们认识到不仅有库仑模型所描述的固体摩擦（俗称干摩擦），还有许多不同类型的摩擦，如流体摩擦：粘性流体之间的相对运动力引起的摩擦； 润滑摩擦：被流体分离的固体之间的摩擦； 表面摩擦力：流体在固体表面上流动所产生的摩擦力。
本文只讲固体摩擦。
02
摩擦系数是固定的吗？
根据库仑摩擦，摩擦系数决定了摩擦力与法向压力的比例关系，那么究竟是什么呢？
不同材料的摩擦系数不同。 例如，钢铁上的冰摩擦系数低，而桥面上的橡胶摩擦系数高。 同种金属表面之间的摩擦系数小于异种金属表面之间的摩擦系数，例如铜对铜的摩擦系数较高，而对钢或铝的摩擦系数较低。
摩擦系数必须通过实验检测，不能通过估计找到。 它通常大于 1，但可以非常接近于零，也可以取小于 1 的数。
大多数固体材料之间的摩擦系数值在0.3到0.6之间。 超出此范围的数值较少，但如聚四氟乙烯这种不粘锅涂层材料，其系数在0.04以上。 石墨的摩擦系数甚至低至0.01——这决定了在按键不灵的时候，笔尘非常好。 但是硅橡胶或丙烯酸橡胶等带涂层的表面的摩擦系数远小于 1，这使它们成为汽车轮胎的首选材料。
摩擦系数不是材料特性。 由于与体温、表面粗糙度等诸多因素有关，因此摩擦系数实际上可以看作是一个系统属性。 而实际上，摩擦系数并不是一个严格的常数值，它与接触时间有关。
因为物体接触面的渐开线度会随着压力的变化而变化，这些变化不是立即完成的，而是需要时间来完成的。 如果在应用过程中压力发生变化，接触面的渐开线度数也会发生变化。 因此，严格来说，摩擦系数与压力及其作用时间有关。
假设物体从零开始接触，沿接触面的切向拉力随时间减小，但正压保持不变。 右图显示了在这些情况下某些材料之间的摩擦力随接触时间的变化。
因此，上一节图2中摩擦力随外力变化的简单关系图只是一种理想情况，实际情况并非如此简单。
然而，大多数理论估计只需要考虑理想情况，即根据阿蒙顿第一定理，摩擦系数被认为是恒定的，动摩擦力随着压力的降低而线性减小。
03
库仑模型的局限性
从微观上看，之所以会形成固体摩擦，是因为物体的接触面不平整。 如右图所示，系统之间的实际接触面积只是表面积的一小部分。
如右图所示，接触面积随着时间和压力的增加而减小，从而导致摩擦力减小。
听到这里，你是不是觉得摩擦应该跟接触面有关呢？ 要知道，接触面说到底还是要靠正压！ 因此，最大静摩擦力和动摩擦力总是与正压成反比。
为此，一般情况下，如果只考虑加压时间足够长后的情况，由于摩擦系数已经稳定下来，简单通用的库仑模型总是与实际情况相符的。
但不得不说，既然库仑模型只是一个经验模型，那肯定不总是正确的！ 也就是说，最大静摩擦力和最大动摩擦力与法向压力之间的关系并不是严格成正比的。
那么在什么情况下，库仑模型与实际误差最严重呢？
想一想，在什么情况下，几乎没有压力，但相对运动却有很大的阻力？
没错，磁带就是这样！ 由于表面之间存在结合，因此产生的摩擦力会很高。 因此，如果表面之间的结合显着，则摩擦力与接触面的大小有关，接触面越大，摩擦力越大。 这实际上不再是卡伦摩擦了。
为了减少摩擦，包装的时候要尽可能多的地方贴上胶带，就是这个道理。
事实上，一旦粘在一起，因为胶水会排空接触点的空气，大气压力会产生很大的压力，粘合会更牢固！
车膜，或者更典型的——手机钢化膜，是用胶水粘的。
钢化膜采用双面胶，A面为OCA胶，又称光学胶，透光率非常高（90%以上），粘度高。 B面是硅胶。 这些材料可以通过化学范德华力和物理官能团吸收和分离空气分子。 因此，当它贴附在光滑平坦的表面上时，可以手动去除气泡，使接触面形成真空状态，进而实现完美贴合。
其实，结合并不一定要借助胶水。 像下面这种情况，本来很轻但很硬的两块板叠在一起。 如果它们接触面上的尖齿交错渐开线，如右图所示，即使不施加正压，摩擦力仍然很大。 大的。
04
摩擦越顺滑，摩擦力越大？
人们在实践中发现，这两个物体的表面本来是极其光滑的，但一旦压在一起，就完蛋了，完全贴合在一起，摩擦力之大，难以分开！
这些情况经常发生在金属材料之间。 例如，一块特别光滑的碳钢板在受压后会形成巨大的摩擦力。
你可能会觉得奇怪，光滑的表面之间怎么会有摩擦呢？
简单地说，随着表面光滑度的降低，分子之间的相互作用（范德华力）降低，从而产生分子级的结合力，从而导致摩擦力降低。
这是一种新的摩擦理论——粘附理论，而传统的摩擦热理论称为凸凸渐开线理论。
粘附理论最早是从1734年德国化学家（约翰摩擦力的本质是电磁力，1683-1744）提出的摩擦分子理论发展而来的。
他认为接触表面之间存在某种分子级的微观力，导致表面粘在一起。 现在看来，他基本上是对的。 顺便说一句，他是发明导体和绝缘体这两个术语的人。
摩擦分子的理论在相当长的一段时间里都是非主流的，因为它违背直觉，实验也很长时间没有进展。
直到20世纪，随着表面处理技术和清洗水平的提高，ère的分子学说被否定，并在此基础上发展成为现代的粘附学说。
这方面的主要贡献是由德国化学家哈代（WB Hardy，1864-1934）完成的。 他通过经过良好研磨和清洁的玻璃之间的摩擦证明，更光滑的表面会产生更强的摩擦力。
这方面的一个关键证据来自污垢膜在固体表面上的作用。 由于污染膜的长度通常为几十纳米，固体表面的凹凸不平，就目前的加工技术而言，也差不多是这个水平，甚至更低。
如果凸凹渐开线是正确的，那么污染膜的清洁度应该不会显着影响摩擦。 但实际情况是，把污染的膜清洗干净后，摩擦力有很大的提升！
这只能说明，当被污染的膜没有被清洗干净时，它阻碍了接触面上分子间的相互作用。 当膜被移除时，这种效果会大大改善，导致摩擦力显着增加。
或者说，现代的摩擦机理一般都是建立在分子水平上构建的粘附理论。
但是，对于大多数固体摩擦的情况，“粗糙”就是有摩擦，而“光滑”这个词一直用来指摩擦系数趋于零的情况，这是约定俗成的。