关于摩擦力的概念和定律

关于摩擦力的概念和定律

摩擦力也只是表现在宏观现象上的一种力,它的具体机制非常复杂,但本质上,也可以归结为电磁力.因此和弹性力一样,我们只能得到关于摩擦力的现象上的描述而形成的所谓规律,就是物理学里的所谓唯象规律.
对于摩擦现象我们只考虑固体表面之间的摩擦,这种摩擦被称为干摩擦,而干摩擦又分为三种,有所谓静摩擦,滑动摩擦,滚动摩擦.
静摩擦是指两个物体相互之间存在压力与支撑力的相互作用,而它们之间又没有相对运动,在这种情形下,两个物体之间存在着沿着接触面的切线方向的相对的静摩擦力.所谓相对的静摩擦力,是指在牛顿第三定律意义上的作用与反作用力.也就是说,物体A对物体B有静摩擦力,同时,物体B对物体A也有相同大小,相反方向的静摩擦力.
静摩擦力的大小是不确定的,因为这个力只有在平行于静摩擦力的方向上对其中任何一个物体产生外部的拉力或推力,才有可能表现出来.静摩擦力有一个最大值,只要外部力量沿着静摩擦力的方向上不大于这个最大值,这两个物体就不会发生平移.而这个静摩擦力的最大值和这两个物体沿着接触面的法向正压力成正比,摩擦系数在这个正压力的一定范围内保持为常数,它是由这两个物体的材料以及表面状况决定的.也就是说：
f≤μsN
其中f为静摩擦力,N为物体之间的正压力,μs为静摩擦系数.
滑动摩擦.
一旦外部力量大于静摩擦力的最大值,这时就发生滑动摩擦的现象.这就是两个物体发生了相对滑动,对于滑动摩擦力有公式：
f=μkN.
其中,μk被称为滑动摩擦系数,它在习题里常常被设为常数,但实际上它和相对滑动速度有关,N为两个物体之间的正压力,从总个公式看来,滑动摩擦力对于两个给定的表面,和接触表面面积无关.
在实际问题的分析中,要注意的是,对于滑动摩擦的情形,滑动摩擦力的方向一般和物体滑动的方向相反,这是比较好确定的.
但还有一种摩擦现象是一个物体相对于另一个物体,或者两个物体相对地作滚动,一般来说,滚动摩擦力要小于滑动摩擦力.特别的,对于滚动摩擦的情形,千万要注意,滚动摩擦力的方向并非和物体滚动的方向相反.仔细分析就会发现,对于纯滚动来说,滚动摩擦现象实际上还是一种静摩擦现象,对于非纯滚动,则变成一种滑动摩擦.而滚动轴的运动方向是和接触面的受力方向或滑动方向相反的.因此分析滚动摩擦的受力情况时一定要非常小心.
由于实际的滚动摩擦现象比较复杂,我们不在这里作进一步的讨论.
注意到我们上面的叙述中,没有特定地指出是哪个物体沿着哪个物体作摩擦运动,因为摩擦运动作为两个有接触表面的物体的相互运动,是满足牛顿第三定律的.因此我们所说的摩擦力既可以指物体A对物体B的摩擦力,也可以反过来说是物体B对物体A的摩擦力,这是一对作用力与反作用力.在我们分析具体问题时,一定要明确是以哪个物体作为研究对象,然后再分析作用在这个物体上的作用力.初学者常常在分析具体问题时,在还没有确定所要研究的对象的情形下,就被各种来源的力搅得一塌糊涂.这是应该极力避免的.