磨擦力是一种力,它是两个物体相对运动或企图相对运动时,因为接触面之间的粗糙度而形成的抵抗运动的力。当两个物体接触并相对滑动或企图相对滑动时,它们之间的接触表面会形成互相斥力,这就是磨擦力。
一、摩擦力的估算公式
可以依照具体情况分为两种情况:静磨擦力和动磨擦力。
1.静磨擦力()
静磨擦力是指当物体仍未开始滑动时,所遭到的抵抗其运动的力。它的大小与企图将物体联通的力相等但方向相反,直至达到最大可能值。
静磨擦力的估算公式如下:
=μ×N
其中,
为静磨擦力;
μ为静磨擦系数,表示两个接触物体间的表面粗糙程度的数学量;
N为物体遭到的垂直于接触面的支持力(正压力)。
2.动磨擦力()
动磨擦力是指当物体早已处于滑动状态时,所遭到的抵抗其运动的力。它的大小一般是一个常数,不依赖于速率或加速度。
动磨擦力的估算公式如下:
=μ×N
其中,
为动磨擦力;
μ为动磨擦系数,表示两个接触物体间的表面粗糙程度的数学量;
N为物体遭到的垂直于接触面的支持力(正压力)。
须要注意的是,磨擦力的大小不能超过静磨擦力的最大值。当施加在物体上的力超过了静磨擦力的最大值时,物体将开始滑动,此时应使用动磨擦力的公式估算磨擦力。
二、摩擦力的形成缘由
磨擦力的形成是因为物体表面的粗糙度和互相接触导致的。以下是磨擦力形成的主要缘由:
1.表面粗糙度:物体表面并不是完全光滑的,而是具有微小的凸凹结构。这种凸凹结构促使两个物体在接触时不能完全贴合,造成表面间存在间隙。当企图联通物体时,这种凸凹结构会互相干涉,形成抵抗运动的力。
2.引力和电磁力:物体表面之间还存在着分子间的吸引力,如范德华力青河电力。这种吸引力降低了两个物体之间的粘附力,因而降低了磨擦力。
3.分子运动:物体表面的分子不断地进行热运动,它们具有一定的动能。当两个物体接触时,分子之间发生碰撞,形成磨擦力。
磨擦力的大小与物体表面的性质有关,包括表面粗糙度、材质和湿度等诱因。据悉,磨擦力还遭到施加在物体上的压力和运动状态的影响。当施加的力小于或等于磨擦力时,物体将开始滑动;而当施加的力大于磨擦力时,物体将保持静止。
磨擦力的形成是因为物体表面的粗糙度和互相接触导致的,包括表面间的凸凹结构、吸引力和分子运动等诱因。这种诱因共同作用,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领域中具有广泛的应用,以下是一些常见的磨擦力的用途:
1.步行和运动:磨擦力使我们才能行走、跑步和进行各类运动。当我们的脚接触地面时,地面提供了足够的磨擦力来保持我们的平衡和稳定。
2.车胎牵引力:汽车行驶时,车辆车胎与桥面之间的磨擦力提供了牵引力,使汽车才能加速、制动和拐弯。
3.煞车系统:磨擦力在制动系统中起关键作用。制动盘或制动鼓与制动片或制动鞋之间的磨擦力形成阻力,将汽车减速或停止。
4.传送带和皮带传动:磨擦力被广泛用于传送带和皮带传动系统中,以将物体从一个位置输送到另一个位置。
5.紧固件和螺纹联接:在机械装置和结构中,螺纹联接使用磨擦力来保持紧固件的稳定性,避免松动。
6.铣削和碾磨加工:在铣削和碾磨过程中,通过施加磨擦力来移除材料,实现精确的加工和表面光滑度。
7.煞车垫和磨擦片:磨擦片和煞车垫借助磨擦力将机械能转化为热能,以实现刹车疗效。
8.磨擦离合器:磨擦离合器借助磨擦力来控制两个旋转部件之间的传递力和怠速,实现离合操作。
那些只是磨擦力的一些应用领域的事例,实际上,磨擦力在各个领域都饰演着重要的角色。通过合理地借助和控制磨擦力,我们可以实现许多实用和必要的功能。
磨擦力的公式:f=μ×Fn(FN:正压力(不一定等于施力物体的重力)磨擦力就是物体在不光滑表面发生相对平移或有相对平移趋势所形成的相反斥力,而磨擦力的大小决定于两个值。垂直压力和磨擦系数。
1、滑动磨擦力:f=mF
说明:①FN为接触面间的弹力,可以小于G;也可以等于G;也可以大于G
②m为滑动磨擦质数,只与接触面材料和粗糙程度有关,与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及正压力N无关。
2、静磨擦力:
其大小与其他力有关,由物体的平衡条件或牛顿第二定理求解,不与正压力成反比。
大小范围:O£f静£fm(fm为最大静磨擦力,与正压力有关)
说明:
a、
磨擦力可以与运动方向相同,也可以与运动方向相反。
b、
磨擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。
c、
磨擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反。
d、
静止的物体可以受滑动磨擦力的作用,运动的物体可以受静磨擦力的作用。
3、滚动磨擦力
一个物体在另一个物体表面滚动时,因为两物体在接触部份受压发生形变而形成的对滚动的制约作用,称作滚动磨擦力。
滚动磨擦力,是物体滚动时,接触面始终在变化着,物体所受的磨擦力。它实质上是静磨擦力。接触面软,形状变化愈大,则滚动磨擦力就愈大。通常情况下,物体之间的滚动磨擦力远大于滑动磨擦力。在交通运输以及机械制造工业上广泛应用滚动轴承,就是为了减轻磨擦力。诸如,列车的主动轮的磨擦力是促使列车前进的动力。而被动轮所受之静磨擦则是制约列车前进的滚动磨擦力。
简单的讲磨擦力就是物体在不光滑表面发生相对平移或有相对平移趋势所形成的相反斥力,而磨擦力的大小决定于两个值。垂直压力和磨擦系数。固定其中的一个值。另一个值与磨擦力都是成线性反比关系。方向永远是平行于接触面且妨碍相对运动发生的
有滚动磨擦和滑动磨擦之分摩擦力与速度有关吗,但公式都是f=μN
磨擦力的估算公式取决于磨擦的类型,主要有静磨擦力和动磨擦力两种情况。以下是它们的估算公式:
1.静磨擦力:
静磨擦力是当两个表面之间相对运动处于停止状态时形成的磨擦力。它的大小取决于物体之间的接触力青河磨擦系数。静磨擦力的估算公式为:
F静=μ静*N
其中,F静是静磨擦力,μ静是静磨擦系数,N是垂直于接触面的正压力(垂直于物体表面的力)。
2.动磨擦力:
动磨擦力是当两个表面相对运动时形成的磨擦力。与静磨擦力不同,动磨擦力的大小一般大于或等于静磨擦力。动磨擦力的估算公式为:
F动=μ动*N
其中,F动是动磨擦力,μ动是动磨擦系数,N是垂直于接触面的正压力。
须要注意的是,磨擦系数是一个与材料和表面性质有关的常数。不同材料之间的磨擦系数可能会有所不同,而同一材料的磨擦系数也可能随着表面状态的变化而改变。为此,在具体问题中,须要依照实际情况选择相应的磨擦系数。
磨擦力的估算公式取决于磨擦的类型。在常见的情况下,有两种类型的磨擦:静磨擦和动磨擦。
1.静磨擦力的估算公式:
静磨擦力是指在物体相对静止时,妨碍物体开始运动的力。静磨擦力的大小取决于物体之间的接触面积和彼此间的粗糙程度。按照静磨擦力的最大值可以估算下来,它的估算公式为:
F静=μs*N
其中,F静是静磨擦力,μs是静磨擦系数,N是物体之间的正压力。
2.动磨擦力的估算公式:
动磨擦力是指在物体相对运动时,妨碍物体继续运动的力。动磨擦力的大小也取决于物体之间的接触面积和彼此间的粗糙程度。动磨擦力一般大于静磨擦力,但是它的大小可以使用以下公式估算:
F动=μk*N
其中,F动是动磨擦力,μk是动磨擦系数,N是物体之间的正压力。
须要注意的是,磨擦系数μs和μk是与物体和表面材料的性质有关的常数,它们的值可以通过实验或参考表格来确定。正压力N是指物体之间的垂直力,可以通过施加在物体上的力来估算得到。
妨碍物体相对运动(或相对运动趋势)的力称作磨擦力。磨擦力的方向与物体相对运动(或相对运动趋势)的方向相反。
磨擦力分为静磨擦力、滚动磨擦、滑动磨擦三种。
一个物体在另一个物体表面发生滑动时,接触面间形成制约它们相对运动的磨擦,称为滑动磨擦。滑动磨擦力的大小与接触面的粗糙程度的大小和压力大小有关。压力越大,物体接触面越粗糙,形成的滑动磨擦力就越大。
减小有利磨擦的方式有:减小压力、增大接触面的粗糙程度、压力的大小等。减少有害磨擦的方式有:①减小压力②使物体与接触面光滑③使物体与接触面分离④变滑动为滚动等。
特点特点
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磨擦力图示
磨擦力与互相磨擦的物体有关,因而化学学中对磨擦力所作出的描述不通常化,也不像对其它的力这么精确。没有磨擦力的话鞋带未能系紧,螺母钉和铁钉难以固定物体。
磨擦力内最大的分辨是静磨擦力与其它磨擦力之间的区别。有人觉得静磨擦力实际上不应当算作磨擦力。其它的磨擦力都与耗散有关:它促使互相磨擦的物体的相对速率增加,并将机械能转化为热能。
固体表面之间的磨擦力分滑动磨擦、滚动磨擦、静磨擦、滚压磨擦和转动磨擦。在工程技术中人们使用润滑油来减少磨擦。如果互相磨擦的两个表面被一层液体隔离,这么它们之间可以形成液体磨擦,如果液体的隔离不彻底的话,这么也可能形成混和磨擦。气垫滑轨是借助二氧化碳磨擦来工作的。润滑油和气垫滑轨的工作原理都是借助“用液体或二氧化碳(即流体)磨擦来替代固体磨擦”来工作的。
如果润滑油、液体或二氧化碳沿一个固体表面流动,其流速会受磨擦力的影响而增加。固体表面的构造对这个磨擦力的影响比较小摩擦力与速度有关吗,最主要的是流体的横截面面积。其缘由是除了在流体与固体的交面有磨擦力,流体内部不同的层之间也有内部磨擦,流体离固体表面的距离不同,其流速也不同。
一个相对于一个流体运动的物体遭到阻力。这个阻力与它的运动方向相反。在层流的情况下这个阻力与它的速率成比列,在流场中这个阻力与它的速率的平方成比列。有时一个物体同时遭到阻力和磨擦力,例如一辆车辆在运动时既遭到空气的阻力也深受其车胎的滚动磨擦。[1](磨擦力有时能使物体运动,与阻力不同。)
公式
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磨擦力的符号为f。
两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时,都会在接触面上形成制约相对运动或相对运动趋势的力,这些力称作磨擦力[2]
条件
第一:物体间互相接触;
第二:物体间有互相挤压作用;
第三:物体接触面都粗糙;
第四:物体间有相对运动趋势或相对运动;[2]
减小有益磨擦的方式
(1)减小接触面粗糙程度;
(2)减小压力;
(3)化滚动磨擦为滑动磨擦;
减少有害磨擦的方法
(1)用滚动磨擦取代滑动磨擦;
(2)使接触面分离【在物体接触面产生一层气垫或磁悬浮】;
(3)降低压力;
(4)减少物体接触面粗糙程度。
在工程技术中人们常常通过施加润滑油的方式来降低磨擦,研究这个问题的科学称为磨擦学,它是机械制造的一个分支科学。