摩擦

摩擦力

科技名詞定義

中文名稱：

摩擦力

英文名稱：

frictionalforce

定義：

當(dāng)兩接觸構(gòu)件間存在正壓力時(shí)，阻止兩構(gòu)件進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的切向阻力。

應(yīng)用學(xué)科：

機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；摩擦學(xué)（二級(jí)學(xué)科）；摩擦（三級(jí)學(xué)科）

本內(nèi)容由全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布

百科名片

摩擦力是兩個(gè)表面接觸的物體相互運(yùn)動(dòng)時(shí)互相施加的一種物理力。廣義地物體在液體

和氣體中運(yùn)動(dòng)時(shí)也受到摩擦力。作為借喻摩擦力這個(gè)詞在日常生活中也經(jīng)常被用來(lái)描

述阻礙進(jìn)展的力量。

目錄

概述

簡(jiǎn)介

滑動(dòng)摩擦力

靜摩擦力

潤(rùn)滑

固體表面之間的摩擦力

內(nèi)部摩擦

關(guān)于摩擦力的本質(zhì)的幾種學(xué)說(shuō)

編輯本段

概述

摩擦力圖示

摩擦力圖示摩擦力與相互摩擦的物體有關(guān)，因此物理學(xué)中對(duì)摩擦力所做出的描述不

一般化，也不象對(duì)其它力那精確。事實(shí)上，只有在忽略摩擦力的情況下人們才能引出

力學(xué)中的基本定律。雖然如此摩擦力是世界上的一個(gè)事實(shí)。沒(méi)有摩擦力的話鞋帶無(wú)法

系緊，螺絲釘和釘子無(wú)法固定物體。

摩擦力內(nèi)最大的區(qū)分是靜摩擦力與其它摩擦力之間的區(qū)別。有人認(rèn)為靜摩擦力實(shí)

際上不應(yīng)該算作摩擦力。其它的摩擦力都與耗散有關(guān)：它使得相互摩擦的物體的相對(duì)

速度降低，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。

固體表面之間的摩擦力分滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、滾壓摩擦和轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦。在工程技

中人們使用潤(rùn)滑劑來(lái)降低摩擦。假如相互摩擦的兩個(gè)表面被一層液體隔離，那么它們

之間可以產(chǎn)生液體摩擦，假如液體的隔離不徹底的話，那么也可能產(chǎn)生混合摩擦。氣

墊導(dǎo)軌是利用氣體摩擦來(lái)工作的。潤(rùn)滑劑和氣墊導(dǎo)軌的工作原理都是利用“用液體或

氣體（即流體）摩擦來(lái)代替固體摩擦”來(lái)工作的。

假如潤(rùn)滑劑、液體或氣體沿一個(gè)固體表面流動(dòng)，其流速會(huì)受摩擦力的影響而降低。

固體表面的構(gòu)造對(duì)這個(gè)摩擦力的影響比較小，最主要的是流體的橫截面面積。其原因

是不僅在流體與固體的交面有摩擦力，流體內(nèi)部不同的層之間也有內(nèi)部摩擦，流體離

固體表面的距離不同，其流速也不同。

一個(gè)相對(duì)于一個(gè)流體運(yùn)動(dòng)的物體受到阻力。這個(gè)阻力與它的運(yùn)動(dòng)方向相反。在層

流的情況下這個(gè)阻力與它的速度成比例，在紊流中這個(gè)阻力與它的速度的平方成比例。

有時(shí)一個(gè)物體同時(shí)受到阻力和摩擦力，比如一輛汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)既受到空氣的阻力也受

到其輪胎的滾動(dòng)摩擦。

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簡(jiǎn)介

摩擦力分析

摩擦力分析1)定義：兩個(gè)互相接觸的物體，當(dāng)它們要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)。

就會(huì)在接觸面上產(chǎn)一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力,這種力就叫做摩擦力。(2)物體之間產(chǎn)生摩

擦力必須要具備以下三個(gè)條件:

第一,物體間相互接觸、擠壓，發(fā)生形變，有彈力；

第二,物體接觸面粗糙；

第三,物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

1、摩擦力

（1）兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一種阻礙相

對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力叫做摩擦力。

（2）影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素：壓力的大小和接觸面的粗糙程度。在接觸面的

粗糙程度相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；在壓力大小相同時(shí)，接觸面越粗糙，

滑動(dòng)摩擦力越大。

2、摩擦分類

（1）滑動(dòng)摩擦：一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，此時(shí)摩擦力的

方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。

（2）滾動(dòng)摩擦：一個(gè)物體對(duì)在它表面上滾動(dòng)的物體產(chǎn)生的摩擦，滾動(dòng)摩擦比滑動(dòng)

摩擦小得多。

（3）靜摩擦：一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但沒(méi)有相對(duì)運(yùn)

動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，它隨推力的增大而增大，但不是無(wú)限地增大，當(dāng)推力增大到超過(guò)最

大靜摩擦?xí)r，物體就會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。

3、增大有益摩擦的方法，把接觸面弄粗糙些或增大壓力。

減小有害摩擦的方法是：

（1）用滾動(dòng)代替滑動(dòng)；（因?yàn)闈L動(dòng)摩擦遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦）

（2）把接觸面做光滑些，或用油膜或氣墊等把相互摩擦的物體彼此隔開(kāi)。

例6、觀察自行車，它在工作時(shí)，有些地方的摩擦是有益的，有些地方的摩擦是

有害的。分別舉出自行車一個(gè)“有利”和“有害”摩擦的實(shí)例，并說(shuō)明增大和減小摩

擦力的方法。

歸納為：

（1）“有利”摩擦：

增大摩擦的方法：增加接觸面的粗糙程度；增大壓力；變滾動(dòng)為滑動(dòng)。

（2）“有害”摩擦：

減小摩擦的方法：減少粗糙面的粗糙程度；減小壓力；變滑動(dòng)為滾動(dòng)；使物體接

觸面稍稍分離。

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滑動(dòng)摩擦力

(1)定義:

滑動(dòng)摩擦力

滑動(dòng)摩擦力當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力叫滑動(dòng)摩擦力(2)研

究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)系的實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么要用彈簧秤拉木塊做勻速

直線運(yùn)動(dòng)?這是因?yàn)閺椈沙訙y(cè)出的是拉力大小而不是摩擦力大小。當(dāng)木塊做勻速直線運(yùn)

動(dòng)時(shí),木塊水平方向受到的拉力和木板對(duì)木塊的摩擦力就是一對(duì)平衡力。根據(jù)兩力平衡

的條件,拉力大小應(yīng)和摩擦力大小相等。所以測(cè)出了拉力大小也就是測(cè)出了摩擦力大小。

大量實(shí)驗(yàn)表明,滑動(dòng)摩擦力的大小只跟壓力大小、接觸面的粗糙程度相關(guān)。壓力越大,滑

動(dòng)摩擦力越大;接觸面越粗糙,滑動(dòng)摩擦力越大。

(3)滑動(dòng)摩擦力是阻礙相互接觸物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力,不一定是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力。

即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力,要清楚阻礙“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”是以相

互接觸的物體作為參照物的。“物體運(yùn)動(dòng)”可能是

以其它物體作參照物的。如:實(shí)驗(yàn)中在木塊上放一個(gè)砝碼,用彈簧秤拉木塊作勻速直

線運(yùn)動(dòng)時(shí),砝碼是由于受到木塊對(duì)它的靜擦力才隨木塊一道由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)的。具體情

況是:當(dāng)木塊受到拉力由靜止向前運(yùn)動(dòng)時(shí),砝碼相對(duì)于木塊要向后滑動(dòng),木塊就給砝碼一

個(gè)阻礙它向后滑動(dòng)的摩擦力,這個(gè)摩擦力的方向是向前的。所以砝碼相對(duì)于木塊沒(méi)有滑

動(dòng),這時(shí)的摩擦力就是靜摩擦力。(4)滑動(dòng)摩擦力大小與物體運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān),與物體間

接觸面積大小無(wú)關(guān)。

(5)研究實(shí)際問(wèn)題時(shí),為了簡(jiǎn)化往往采用“理想化”的做法,如某物體放在另一物體

的光滑的表面上,這“光滑”就意味著兩個(gè)物體如果發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),它們之間沒(méi)有摩擦。

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靜摩擦力

若兩相互接觸且相互擠壓，而又相對(duì)靜止的物體，在外力作用下如只具有相對(duì)滑

動(dòng)趨勢(shì)，而又未發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則它們接觸面之間出現(xiàn)的阻礙發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的力，謂

之“靜摩擦力”。

大小：靜摩擦力根據(jù)外力而變化，但有一個(gè)最大值，叫做最大靜摩擦力。最大靜

摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力。

方向：跟接觸面相切，跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。

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潤(rùn)滑

在工程技術(shù)中人們往往通過(guò)施加潤(rùn)滑劑的方法來(lái)減少摩擦，研究這個(gè)問(wèn)題的科學(xué)

稱為摩擦學(xué)，它是機(jī)械制造的一個(gè)分科學(xué)固體摩擦。

工程中的摩擦力分析

工程中的摩擦力分析兩個(gè)固體面互相摩擦。假如兩個(gè)固體面的材料選擇不當(dāng)或它們之

間相互

施加的壓力非常大的話，那么固體摩擦就會(huì)造成磨損。在不使用潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑劑失效

的情況下會(huì)造成固體摩擦。

混合摩擦

在潤(rùn)滑劑不夠或運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始會(huì)出現(xiàn)混合摩擦。這時(shí)摩擦面部分地區(qū)會(huì)直接接觸。

混合摩擦造成的磨損比固體摩擦要小。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的狀態(tài)下應(yīng)該避免混合摩擦，但

往往在技術(shù)工程中混合摩擦被容忍。

液體摩擦

假如兩個(gè)運(yùn)動(dòng)面之間有一層完整的潤(rùn)滑劑的話，那么它們之間的摩擦是液體摩擦，

兩個(gè)運(yùn)動(dòng)面不直接接觸。雖然如此通過(guò)運(yùn)動(dòng)面與潤(rùn)滑劑的分子之間的摩擦依然會(huì)有很

小的磨損。

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固體表面之間的摩擦力

摩擦力漫畫解釋

固體表面之間的摩

摩擦力漫畫解釋擦力的來(lái)因有兩個(gè)：固體表面的分子之間相互的吸引力（膠力）

和它們之間的表面粗糙所造成的互相之間的卡住。滑動(dòng)摩擦

F=μ*Fn

滑動(dòng)摩擦力總是比最大靜摩擦力要小。它由垂直于摩擦面的壓力Fn和滑動(dòng)摩擦系

數(shù)μ決定，它與滑動(dòng)面之間的相對(duì)速度和面積無(wú)關(guān)。摩擦系數(shù)由滑動(dòng)面的物質(zhì)、粗糙度

和（可能存在的）潤(rùn)滑劑所決定。

滾動(dòng)摩擦

假如一個(gè)物體在一個(gè)平面上滾動(dòng)的話，那么它會(huì)受到滾動(dòng)摩擦。假如滾動(dòng)的物體

與平面之間的摩擦力等于施加于該物體上的其它所有力的合力的話，那么它的運(yùn)動(dòng)是

一個(gè)純的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中沒(méi)有滑動(dòng)的部分。滾動(dòng)摩擦力，是物體滾動(dòng)時(shí)，接觸面一直

在變化著，物體所受的摩擦力。它實(shí)質(zhì)上是靜摩擦力。接觸面愈軟，形狀變化愈大，

則滾動(dòng)摩擦力就愈大。一般情況下，物體之間的滾動(dòng)摩擦力遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦力。在交

通運(yùn)輸以及機(jī)械制造工業(yè)上廣泛應(yīng)用滾動(dòng)軸承，就是為了減少摩擦力。例如，火車的

主動(dòng)輪的摩擦力是推動(dòng)火車前進(jìn)的動(dòng)力。而被動(dòng)輪所受之靜摩擦則是阻礙火車前進(jìn)的

滾動(dòng)摩擦力。

滾壓摩擦

假如滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在，那么這種混合摩擦也被稱為滾壓摩擦。

轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦

一個(gè)球沿其垂直于一個(gè)平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力被稱為轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，它與轉(zhuǎn)

動(dòng)運(yùn)動(dòng)的力矩T有關(guān)：

N=frac{T}{F_N}incm

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內(nèi)部摩擦

牛頓第二定律演示

牛頓第二定律演示內(nèi)部摩擦是物質(zhì)內(nèi)部的原子或分子相互運(yùn)動(dòng)所造成的能量損失。由

于外

部力作用所造成的不同部位的粒子的加速度的不同可以造成（比如液體）內(nèi)部的相對(duì)

運(yùn)動(dòng)。內(nèi)部摩擦的大小與物質(zhì)的粘性有關(guān)。不象固體表面的摩擦那樣含糊，內(nèi)部摩擦

可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方式相當(dāng)精確地計(jì)算出來(lái)。在力學(xué)中一般人們?cè)谟?jì)算時(shí)盡量省略

摩擦所造成的損失，在流體力學(xué)中內(nèi)部摩擦是理論中的一個(gè)內(nèi)在部分，它可以由奈維

爾-史托克斯方程式來(lái)計(jì)算。

流變學(xué)是研究復(fù)雜的流體（比如懸浮液或高分子化合物）的學(xué)科。在這些液體中

的內(nèi)部摩擦非常復(fù)雜，線性的奈維爾-史托克斯方程式不能用來(lái)描寫它了。

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關(guān)于摩擦力的本質(zhì)的幾種學(xué)說(shuō)

凹凸嚙合說(shuō)，是從15世紀(jì)至18世紀(jì)，科學(xué)家們提出的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理

論。嚙合說(shuō)認(rèn)為摩擦是由相互接觸的物體表面粗糙不平產(chǎn)生的。兩個(gè)物體接觸擠壓時(shí)，

接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合。如果一個(gè)物體沿接觸面滑動(dòng)，兩個(gè)接觸面的凸起

部分相互碰撞，產(chǎn)生斷裂、磨損，就形成了對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙。

粘附說(shuō)，這是繼凹凸嚙合說(shuō)之后的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論。最早由英國(guó)學(xué)者

德薩左利厄斯于1734年提出。他認(rèn)為兩個(gè)表面拋得很光的金屬，摩擦力會(huì)增大，可以

用兩個(gè)物體的表面處分接觸時(shí)，它們的分子引力將增大來(lái)解釋。

上世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，對(duì)摩擦理論的研究進(jìn)一步深入，到上世紀(jì)

中期，誕生了新的摩擦粘附論。

新的摩擦粘附論認(rèn)為，兩個(gè)相互接觸的表面，無(wú)論做得多么光滑，從原子尺度看，

還是粗糙的，有許多微小的凸起，把這樣的兩個(gè)表面放在一起，微凸起的頂部發(fā)生接

觸，微凸起之外的部分接觸面間有10^-8m或更大的間隙。這樣，接觸的微凸起的頂

部承受了接觸面上的法向壓力。如果這個(gè)壓力很小，微凸起的頂部發(fā)生彈性形變；如

果法向壓力較大，超過(guò)某一數(shù)值（每個(gè)凸起上約千分之幾牛頓），超過(guò)材料的彈性限

度，微凸起的頂部便發(fā)生塑性形變，被壓成平頂，這時(shí)互相接觸的兩個(gè)物體之間距離

變小到分子（原子）引力發(fā)生作用的范圍，于是，兩個(gè)緊壓著的接觸面上產(chǎn)生了原子

性黏合。這時(shí)，要使兩個(gè)彼此接觸的表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，必須對(duì)其中的一個(gè)表面施加

一個(gè)切向力，來(lái)克服分子（原子）間的引力，剪斷實(shí)際接觸區(qū)生成的接點(diǎn)，這就產(chǎn)生

了摩擦。

人們通過(guò)不斷試驗(yàn)和分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)上述兩種理論提出的機(jī)理都能產(chǎn)生摩擦，其

中粘附理論提的機(jī)理比嚙合理論更普遍。但在不同的材料上，兩種機(jī)理的表現(xiàn)有所偏

向：金屬材料，產(chǎn)生的摩擦以粘附作用為主；而對(duì)木材，產(chǎn)生的摩擦以嚙合作用為主；

實(shí)際上，關(guān)于摩擦力的本質(zhì)，目前尚未有定論，仍在深入討論中。