滑动磨擦力做功的特性及处理方式归类剖析
一、对滑动磨擦力做功的理解磨擦力做功公式W=Ffx,其中的x是指物体相对地面的位移,此式只能用于估算恒定的滑动磨擦力做功,若滑动磨擦力是变力,则只能用此式做定性剖析。例1:一物体静止在粗糙水平地面上,现用一大小为F1的水平拉力带动物体滑动摩擦力与拉力,经过一段时间后其速率变为v。若将水平拉力的大小改为F2,物体从静止开始经过同样的时间后速率变为2v。对于上述2个过程,用WF1、WF2分...更多>>
两个有相对滑动的物体间在接触面上形成的妨碍它们相对滑动的力,此力就为滑动磨擦力。
一、滑动磨擦力的本质
对于生活中普遍存在的力——摩擦力,人们从很早就对其进行了研究,对于磨擦力的本质,存有不同的学说。
1、凹凸渐开线说
15-18世纪,科学家提出的一种关于磨擦本质的理论渐开线说觉得,磨擦是因相互接触物体的表面粗糙不平而形成的。两个物体接触挤压时,接触面上的凸凹部份会互相渐开线。假如一个物体沿接触面滑动,两个接触面的突起部份会相碰撞,形成破裂、磨损,从而产生对运动的阻扰。
2、黏附说
粘附说是继凸凹渐开线说以后的一种关于磨擦本质的理论。最早由德国学者德萨左利厄斯于1734年提出,他觉得两个表面抛得很光的金属之间的磨擦力会减小,可用两个物体表面充分接触时分子引力减小解释磨擦力。
二、滑动磨擦力估算
1、滑动磨擦力的形成条件:
①接触面粗糙;
②两个物体相互接触且互相间有挤压;
③物体间有相对运动。
2、滑动磨擦力的大小与方向:
①方向:总是跟接触面相切,而且跟物体与相对运动方向相反。所谓相对滑动摩擦力与拉力,仍是以施加磨擦力的施力物体为参考系的。
②大小:滑动磨擦力f的大小跟正压力成反比,即f=μN。μ为动磨擦质数:与接触面的材料、粗糙程度有关。接触面的粗糙程度及接触面间的弹力有关。
③滑动磨擦力的大小比最大静磨擦力fmax略小。一般的估算中可以觉得最大静磨擦力等于滑动磨擦力。
3、影响滑动磨擦力大小的诱因:
①物体所受压力大小。在接触面粗糙程度相同时,所受压力越大,滑动磨擦力越大。
②与物体接触的面的粗糙程度(接触面粗糙程度)。在物体所受压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动磨擦力越大。
③滑动磨擦力的大小与接触面面积无关。
④滑动磨擦力大小与物体运动速率无关。
三、影声响磨擦质数的诱因
动磨擦质数μ实际上是一个被简化的数学量,其与物体表面的粗糙程度不是简单的线性关系。对于粗糙的表面,接触面的凹与凸部份交错契合会使μ减小;但对于光滑表面,因为实际接触面积与接触点间的粘附硬度增强,μ也会减小,出现“冷焊”现象。例如,在制做光学元件时,常常将两块光学镜框的接触面间打磨得十分光滑,使之直接接触产生一个整体,在光学工艺上被叫做“光胶”,实际上不存在任何胶,只是借助了接触面间的洁白度。
1、材料性质对动磨擦质数的影响
分子或原子结构相仿的材料互胺类较大,易发生粘着,造成动磨擦质数减小;而分子或原子结构差异大的材料互胺类小,不易发生粘着,则动磨擦质数通常比较小。例如,钢铁与钢铁、木材与木材相接触的动磨擦质数会小于钢铁与木材。
2、温度对动磨擦质数的影响
对于大多数金属材料之间的磨擦而言,动磨擦质数随气温下降而减少,极少数(例如金与金之间)会随气温下降而下降;对于气温不敏感的材料(石墨),动磨擦质数几乎与气温无关。同时,对于物体的相对运动速率造成气温的变化,也会使动磨擦质数发生改变。
磨擦力
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