1. 摩擦力的定义
摩擦力是物体接触表面之间产生的阻力。本文所研究的摩擦力是指两个固体接触表面之间的摩擦力,例如梁底与地面之间的摩擦力、鞋底与地面之间的摩擦力、汽车车轮与路面之间的摩擦力等。
即使物体表面非常光滑,相互接触的固体表面也始终存在摩擦力。事实上,即使是光滑的表面,在微观尺度上也极其粗糙。当物体运动时,这些微小的凸起会阻碍其运动。在原子层面,表面上的凸起会使原子彼此非常接近,从而使原子间的电场力能够形成化学键,将运动物体的两个表面连接起来。例如,当你在桌面上推动一本书时,书的运动会遇到阻碍并最终停止。这正是由于化学键的形成和释放所致。
如果一个物体的表面与另一个物体的表面摩擦,这两个物体之间就会产生摩擦力。运动物体所受的摩擦力方向始终与其运动方向相反。摩擦力不仅会阻碍物体的运动,还会造成磨损和损坏。我们可以从汽车发动机上观察到这一点。例如,给摩托车发动机加润滑油,实际上是为了减少发动机内部的摩擦力。如果不加润滑油,摩托车发动机很快就会损坏。这个例子就是摩擦造成的损失之一。
2. 类型 摩擦力
摩擦力有两种类型,即静摩擦力(f<sub>s</sub>)和静摩擦力(f<sub>s</sub>)。s)和动摩擦力(f)k静摩擦力作用于物体静止时,而动摩擦力作用于物体运动时。如果你推一张桌子,但桌子没有移动,那么作用在静止的桌子上的摩擦力就是静摩擦力。相反,当桌子运动时,作用在桌子上的摩擦力就是动摩擦力。如果运动的桌子没有一直被推,它运动一段时间后就会停下来。桌子停下来是因为动摩擦力阻碍了它的运动。
你有没有在光滑的表面上滑倒过?滑倒时,鞋底或凉鞋底与光滑表面之间的摩擦力是动摩擦力。这类似于摩托车或汽车在湿滑路面上行驶,刹车直到车轮打滑的情况。车轮打滑时,车轮与路面之间的摩擦力是动摩擦力。相反,走路时,鞋底或凉鞋底与地面之间的摩擦力是静摩擦力。同样,车轮不打滑时,车轮与路面之间的摩擦力也是静摩擦力。
2.1 静摩擦力
静摩擦力是指物体静止时,相互接触的物体表面所受到的摩擦力。

图 1 显示了一个静止在平面上的物体。如果物体尚未移动,则静摩擦力 (fs) 小于拉力 (F)。如果继续拉动物体,物体将会移动。当物体开始移动时,静摩擦力 (fs) 的大小会发生变化。s) 等于拉力 (F) 的大小。
牛顿第一定律指出,如果物体所受的总力(合力)为零,则物体处于静止状态。
ΣFy = 0(物体静止,不沿垂直方向移动)
N – w = 0
N = w (1.2)
将公式 1.1 中的 N 替换为公式 1.2 中的 N。
fs =μs w
fs =μs 毫克(1.3)
fs = 静摩擦力 (N),μs = 静摩擦系数,N = 正压力 (N),w = 重力 (N),m = 质量 (kg),g = 重力加速度 (m/s²)2)
如果要确定静摩擦系数,请使用公式 1.1 b
Σfx = 0(物体静止,不沿水平方向移动)
F – fs = 0
F = fs (1.4)
当物体开始运动时,最大静摩擦力等于推力或拉力的大小。
2.2 动摩擦力
动摩擦力是指物体运动时,物体相互接触的表面所受到的摩擦力。


如果你想确定动摩擦系数(μ)。k),使用公式 1.5 b
图 2 显示了一个物体受到规律性拉动,使其以恒定速度运动。当物体以恒定速度运动时,动摩擦力 (fk) 的大小等于拉力 (F) 的大小。
牛顿第一定律指出,如果物体受到的合力为零,则物体将以恒定速度运动。
ΣFx = 0(物体以恒定速度沿水平方向运动)
F – fk = 0
F = fk (1.6)
例题1:
一名学生使用测力计(一种力测量装置)拉动放置在桌面上的一根质量为 1 kg 的梁。当梁移动时,测力计显示数值为 2 N。已知重力加速度为 10 m/s²。2求:(a)静摩擦力的大小;(b)静摩擦系数。
解决方案:
已知的:m = 1 kg,F = 2 N,g = 10 m/s2,w = mg = 10 N
(a)fs
当梁移动时,静摩擦力的大小等于拉力的大小(参见公式 1.4)。因此,fs = F = 2 N。
(b)μs
fs =μs w
2 N = (μs(10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
例题2:
一根质量为 1 kg 的梁位于桌面上方,受到匀速拉动,使其匀速运动。当梁匀速运动时,测力计显示读数为 1 N。已知重力加速度为 10 m/s²。2求:(a)动摩擦力的大小;(b)动摩擦系数。
解决方案:
已知: m = 1 kg,g = 10 m/s2F = 1 N,w = mg = 10 N
(a)fk
当梁运动规律或匀速运动时,动摩擦力的大小等于拉力的大小(比较公式 1.6)。
所以 fk = F = 1 N
(b)μk
fk =μk w
1 N = (μk(10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1