明天开始，咱来说说磨擦力。
第一篇文章，我们先来讲讲磨擦力的基本知识，后续再讲讲磨擦力的一些细节问题，以及关于它的这些普遍被误会或不为人知的事。
01
磨擦力的基础知识
简单的说，磨擦力是指接触的物体之间出现的一种抵抗纵向相对运动或运动趋势的力。
很其实，磨擦力不是一种基本力，它是由接触面处的微粒集体作用的疗效。实际上，它的微观本质始于电磁互相斥力。
因为磨擦力是大量粒子集体参与的，因而它的作用过程是一种宏观现象，必然与大量粒子的运动相关联，也就是所谓的热现象。
当物体接触面相对滑动时，这些彼此紧靠的原子或分子都会相互促进和撕扯。这会造成两种主要作用，一是这些粒子之间的结合被打破并重新结合，这常常会引起吸热；二是原子遭到外力作用，会造成加速运动，进而使其热运动的动能降低，气温下降，这也会造成吸热。
无论顺着那个方向运动，磨擦力就会造成一样的后果，都是让机械能弄成热能，你不可能通过相反方向的磨擦回收之前形成的热。路径越长，经磨擦形成的热更多。换句话说，磨擦力是非保守力，它做功的过程不是可逆的。
磨擦起电是另一个由磨擦造成的典型现象。简单的说，不同的物质中的电子遭到的禁锢作用存在差异，当两者接触时，就有电子被其中一方获得，这就造成了电荷分离。磨擦力的作用不过是强化了这些物质间的接触，所以造成了更显著的电荷分离。
因为涉及的原子数目这么之大，从第一性原理的层次估算磨擦力是不切实际的，所以磨擦力通常只基于经验剖析来研究。
日本化学学家阿蒙顿（，1663~1705）最早系统地给出了固体间磨擦力的三条经验规律，即
定理一：磨擦力与施加的正压力成反比。
定理二：磨擦力与表观接触面积无关。
定理三：动磨擦与滑动速率无关。
同为日本的化学学家库伦（，1736~1806）将固体间磨擦力用一个物理表达式来表示，即这儿的包含了静磨擦和滑动磨擦两种类型，就是所谓的磨擦系数（简称COF），是接触面间沿法线方向的力。
若表面间保持相对静止，为静磨擦，是静磨擦系数，此时上式取大于号；若表面之间发生相对运动，为动磨擦，是动磨擦系数，此时上式只取等号。这两个磨擦系数不同，通常比大，但金属之间的磨擦，这两个系数几乎差不多。
若保持正压力不变，在物体之间发生相对运动之前，静磨擦力仍然随外力——摩擦力的平衡力——同步变化，直至它的值等于，此即最大静磨擦力。若外力继续降低，则物体开始滑动，磨擦力变为动磨擦力，因为通常来说，所以动磨擦力比静磨擦力小。
磨擦力随外力变化如右图所示。
以上是一种估算固体磨擦力的近似模型，称之为库伦模型，学校化学中有关磨擦力的基本规律就是始于此模型。
随着研究的深入，人们认识到，不仅库伦模型描述的固体磨擦（俗称干磨擦）之外，还有好多不同类型的磨擦力，比如流体磨擦：黏性流体之间因为相对运动所造成的磨擦力；润滑磨擦：被流体隔开的固体之间的磨擦；皮肤磨擦：流体在固体表面联通所导致的磨擦力。
本文接出来只讲固体磨擦。
02
磨擦系数是确定的吗？
依据库伦磨擦，磨擦系数决定了磨擦力与正压力的比列关系摩擦力为什么是电磁力，这么它究竟是哪些东东？
不同材料之间的磨擦系数不同。诸如，钢上的冰磨擦系数低，而桥面上的橡胶磨擦系数高。相同金属面之间的磨擦系数小于不同金属面之间的磨擦系数，比如，铜质与铜质之间的磨擦系数较高，但它与钢或铝之间的磨擦系数较小。
磨擦系数必须通过实验检测，不能通过估算找到。它通常大于1，但可十分接近零，还可取小于1的数。
大多数固体材料之间的磨擦系数值在0.3和0.6之间。超出此范围的值较少，但诸如聚四氟乙烯——一种不粘锅镀层材料，其系数高于0.04。而石墨的磨擦系数甚至低至0.01——这决定了锁匙不管用时钢笔灰很好使。但像硅橡胶或丙烯酸橡胶镀层表面的磨擦系数可远小于1，所以成为车辆车胎的最爱。
磨擦系数不是物质属性，由于它与体温，表面粗糙度等好多诱因有关，所以磨擦系数实际上可看成一种系统属性。而且实际上，磨擦系数并不是一个严格的恒定值，它与接触时间有关。
由于物体接触面的渐开线程度会随压力作用而改变，这些改变并不是顿时完成，而是须要时间来完成。假如压力在作用中途变化，接触面渐开线程度也会变化。因而严格来说，磨擦系数与压力及其作用时间都有关。
设物体从零时刻开始接触，沿接触面切向的拉力随时间不断降低，但保持正压力不变，右图给出了这些情况下，某种材料之间的磨擦力随接触时间变化的情况。
因而，上节图2中的那种磨擦力随外力变化的简单关系图只是一种理想情况，实际情况并不是这么简单。
不过，大多数理论估算只需考虑理想情况即可，即按照阿蒙顿第一定理，觉得磨擦系数是恒定的，动磨擦力随着压力降低而线性降低。
03
库伦模型的局限性
从微观尺度上看，之所以会形成固体磨擦力，是由于物体接触面是凸凹不平的。如右图所示，体系间的实际接触面积只是表面积的一小部份。
如右图所示，接触面积随时间和压力的降低而降低，这会造成磨擦力减小。
听到这儿，是不是觉得磨擦力应当与接触面有关？要晓得，接触面归根结底还是取决于正压力嘛！所以最大静磨擦力和动磨擦力一直与正压力成反比。
为此，在通常情况下，假如仅考虑压力作用足够长的时间之后的情况，因为磨擦系数早已稳定了，所以简单通用的库伦模型总是与实际符合的挺好。
但不得不说，既然库伦模型只是一个经验模型，它肯定不总是对的！也就是说，最大静磨擦力和动磨擦力与正压力之间并非严格的正比列关系。
这么在哪些情况下，库伦模型与实际误差最厉害呢？
你想想，哪些情况下，压力几乎没有，却存在很大的抵抗相对运动的力？
没错，胶带就是这么！由于有一种表面间的结合，造成磨擦力会很大。所以表面间的结合若很显著，磨擦力与接触面的大小有关，接触面越大，磨擦力越大。这其实不是库伦磨擦了。
为了减小磨擦力，包装时要尽可能地在多个地方贴上胶带，就是这个道理。
其实，一旦粘起来了，因为胶会排空接触处的空气，所以大气压会形成很大的压力，结合就愈加牢固了！
车辆贴膜，或则更典型的——手机的钢化膜就是通过胶来粘住的。
钢化膜里面使用了一种两面胶，A面是OCA胶，亦称光学胶，其透光率极高（90%以上），且黏度大。B面是硅胶，这些材料能通过化学上的范德华力和物理上的官能团作用吸附分离空气分子，所以它跟光滑平坦的物体表面贴合时，能手动排除气泡，让接触面形成真空状态，进而实现完美贴合。
其实，结合不一定要通过胶的帮助。诸如下边这些情况，两块原本很轻但很硬的板叠在一起，如果它们接触面犬齿交错的对准并渐开线，如右图所示，虽然不加正压力，这个磨擦力也是很大的。
04
越光滑磨擦力反倒越大？
实践中人们发觉，两物体表面原本极为光滑，但一旦受力贴在一起，完了，完全合体了，磨擦力超级大造成难以分开！
这些情况常常发生在金属材料之间，比如磨的特别光滑的碳钢平板遭到压力后会形成巨大的磨擦力。
你可能认为很奇怪，为何光滑表面之间也能形成磨擦力？
简单的说，随着表面光滑度的降低，分子间的互相作用（范德华力）降低，产生分子级别的结合力，致使磨擦力降低。
这是一种磨擦力的新学说——粘附说，而传统的磨擦热学说被叫做凸凹渐开线说。
黏附说最早由德国化学学家德萨吉利埃（John，1683–1744）于1734年提出的磨擦分子说发展而至的。
他觉得，接触面之间存在某种分子级别的微观力造成表面粘在一起。如今看来，他基本上是对的。顺便说一句，导体和绝缘体这两个名词就是他发明的。
磨擦的分子说在相当长的时间内是非主流的摩擦力为什么是电磁力，由于它违背直觉，加上在相当长的时间内，实验上也没有进展。
直至20世纪，随着表面加工技术和清洁水平的提升，德萨吉利埃的分子说才得以否认，并在此基础上发展成为现代黏附说。
这方面地主要贡献由德国化学学家哈迪（W.B.Hardy，1864–1934)）完成。他通过充分碾磨和清洁的玻璃之间的磨擦证明，更光滑的表面可以形成更强的磨擦力。
这儿面的一个关键证据来自于固体表面污染膜的作用。由于污染膜的长度通常是几十个纳米级别，而固体表面的凹凸，就目前的加工技术来说，也差不多是这个水平，甚至更低。
若凸凹渐开线说是正确的，这么污染膜的清洁与否，不应当显著的影响磨擦力。但实际情况是，清洁掉污染膜以后，磨擦力极大的提高了！
这只能说明，在未清洁污染膜时，它阻隔了接触面上分子之间的作用，当膜去除以后，这个作用大大提高，引起磨擦力显著提高。
甚或，现代对于磨擦的机制普遍是基于分子级的作用而构建上去的黏附说。
不过，对于大多数情况下的固体磨擦来说，“粗糙”是指存在磨擦力，而“光滑”一词一直是指磨擦系数趋向零的情况，这是一种习惯说法。