摩擦：类型，系数，计算，练习 - 物理 - 2025

的摩擦是一个表面与另一个接触的运动的阻力。这是一种在固态，液态和气态材料之间发生的表面现象。与接触的两个表面相切的，与所述两个表面之间的相对位移方向相反的阻力也称为摩擦力或摩擦力F _r。

要在表面上移动实体，必须施加可以克服摩擦的外力。当身体移动时，摩擦力作用在身体上，使其减速，甚至可以停止它。

摩擦

摩擦力可以通过与表面接触的物体的力图来图形表示。在该图中，摩擦力F _r与施加在与表面相切的物体上的分力相反。

接触表面在人体上施加反作用力，称为法向力N。在某些情况下，法向力仅由放置在表面上的物体的重量P引起，而在其他情况下，归因于重力以外的作用力。

发生摩擦是因为接触的表面之间存在微观粗糙度。当试图将一个表面移到另一个表面上时，粗糙度之间会发生摩擦，从而阻止界面自由移动。反过来，能量损失则以不用于移动身体的热量的形式发生。

摩擦类型

摩擦有两种主要类型：库仑摩擦或干摩擦和流体摩擦。

-库仑摩擦

库仑摩擦总是与物体的运动相反，分为两种类型的摩擦：静摩擦和动（或动）摩擦。

在静摩擦中，物体在表面上没有移动。施加的力非常低，不足以克服摩擦力。摩擦力的最大值与法向力成比例，称为静摩擦力F _re。

静摩擦力定义为抵抗身体运动开始的最大力。当施加力超过静摩擦力时，它将保持在最大值。

当身体已经运动时，动摩擦就会起作用。使身体保持摩擦运动所需的力称为动摩擦力F _rc。

动摩擦力小于或等于静摩擦力，因为一旦身体开始运动，保持运动比在静止状态下尝试运动容易。

库仑摩擦定律

1. 摩擦力与垂直于接触表面的力成正比。比例常数是接触表面之间存在的摩擦系数μ。
2. 摩擦力与表面之间的表观接触区域的大小无关。
3. 动摩擦力与车身的滑动速度无关。

-流体摩擦

当物体与液体或气体物质接触移动时，也会发生摩擦。这种摩擦称为流体摩擦，定义为与流体接触的物体的运动阻力。

流体摩擦还指的是与相同或不同材料的流体层接触时流体流动的阻力，并且取决于流体的速度和粘度。粘度是流体运动阻力的量度。

-斯托克斯摩擦

斯托克斯摩擦是一种流体摩擦，其中层状流中浸没在粘性流体中的球形颗粒会受到摩擦力的作用，该摩擦力会由于流体分子的波动而减慢其运动。

斯托克斯摩擦

当与流体运动相反的粘性力大于惯性力并且流体以足够小的速度并沿直线路径运动时，流动是层流的。

摩擦系数

根据库仑第一摩擦定律，从摩擦力和垂直于接触表面的力之间的关系获得摩擦系数μ。

系数μ是无量纲的量，因为它是两个力之间的关系，这取决于所接触材料的性质和处理方式。通常，摩擦系数的值在0到1之间。

静摩擦系数

静摩擦系数是在静止于接触表面的状态下防止物体运动的力与垂直于该表面的力之间存在的比例常数。

动摩擦系数

动摩擦系数是限制在表面上移动的物体的运动的力与垂直于该表面的力之间存在的比例常数。

静摩擦系数大于动摩擦系数。

弹性摩擦系数

弹性摩擦系数源自弹性，软或粗糙材料的接触表面之间的摩擦，这些接触表面会因施加的力而变形。摩擦力阻止了两个弹性表面之间的相对运动，并且位移伴随着材料表面层的弹性变形。

在这些条件下获得的摩擦系数取决于表面粗糙度的程度，所接触材料的物理性质以及材料界面处的剪切力的切向分量的大小。

分子摩擦系数

摩擦的分子系数是通过限制在光滑表面或通过流体滑动的粒子运动的力获得的。

如何计算摩擦？

固体界面上的摩擦力使用公式F _r =μN 来计算

将权重方程代入摩擦力方程可得出：

正常的特征

根据牛顿的作用和反作用定律，当物体在平坦的表面上静止时，法向力是该表面在人体上施加的力，它与重力引起的力相反。

法向力始终垂直于表面。在倾斜的表面上，法线随着倾斜角的增加而减小，并且指向垂直于该表面的方向，而权重则指向垂直下方。倾斜表面上的法向力方程为：

θ=接触面的倾斜角度。

倾斜平面摩擦

作用于身体以使其滑动的分力为：

随着作用力的增加，它接近摩擦力的最大值，该值是对应于静摩擦力的值。当F = F _re时，静摩擦力为：

并且，静摩擦系数由倾斜角θ的切线求出。

解决的练习

-搁在水平面上的物体的摩擦力

一个人将一个15Kg的盒子放在水平面上，该人沿表面施加50牛顿的力使其运动，然后施加25 N的力以使盒子保持恒定的速度。确定静摩擦系数和动摩擦系数。

盒子在水平面上移动

解决方案：利用移动盒子的力的值，_获得静摩擦系数μe 。

施加到表面的法向力N等于盒子的重量，所以N = mg

在这种情况下，μ _ë = 50New / 147New

保持盒子速度恒定所施加的力是动摩擦力，等于25New。

动摩擦系数可通过公式_μc = F _rc / N获得。

-物体在具有倾斜角度的力的作用下的摩擦力

一个人向20Kg的盒子施加力，相对于其放置的表面成30°的施加角度。如果盒子和表面之间的摩擦系数为0.5，则用来移动盒子的力的大小是多少？

解决方案：自由图表示施加的力及其垂直和水平分量。

自由体图

施加的力与水平面成30°角。力的垂直分量会增加法向力，从而影响静摩擦力。当施加力的水平分量超过摩擦力F _re的最大值时，盒子移动。将力的水平分量与静摩擦力相等可得出：

正常强度

由于力的垂直分量，法向力不再是身体的重量。

根据牛顿第二定律，作用在盒子上的垂直轴上的力之和为零，因此加速度的垂直分量为_y = 0。法向力由总和得出

通过将方程式代入方程式，可获得以下内容：

-行驶中的车辆的摩擦

一辆1.5吨的汽车以70 km / h的速度在平直的道路上行驶。驾驶员在一定距离处看到道路上的障碍物，迫使他急刹车。制动后，车辆会短暂滑行直至停止。如果轮胎与道路之间的摩擦系数为0.7；确定以下内容：

1. 车辆打滑时摩擦的价值是什么？
2. 车辆减速
3. 车辆从刹车到停止行驶的距离。

车辆打滑时的摩擦力为：

= 10290新

b部分

摩擦力会影响车辆打滑时的减速。

通过应用牛顿第二定律，可以通过求解方程F = ma来获得减速度的值

C区

车辆的初始速度为v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s

当车辆停止时，其最终速度为v _f = 0且减速度为a =-6.86m / s ²

车辆从制动到停止的行驶距离，可通过以下方程式求解d得出：

车辆在停止前行驶27.54m的距离。

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