• 摩擦力

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    摩擦力是抵抗固體表面、流體層和材料元素相互滑動的相對運動的力。 有幾種類型的摩擦:

    • 干摩擦力是一種阻止兩個接觸的固體表面相對橫向運動的力。 干摩擦又分為非運動表面之間的靜摩擦(靜摩擦)和運動表面之間的動摩擦。 除了原子分子摩擦外,干摩擦通常由表面特征的相互作用引起,稱為粗糙(見圖 1)。
    • 流體摩擦描述了彼此相對移動的粘性流體層之間的摩擦。
    • 潤滑摩擦是流體摩擦的一種情況,其中潤滑劑流體將兩個固體表面分開。
    • 皮膚摩擦是阻力的一個組成部分,阻力是阻礙流體在身體表面運動的力。
    • 內摩擦力是構成固體材料的元素之間在發生變形時阻止運動的力。

    當接觸的表面彼此相對移動時,兩個表面之間的摩擦將動能轉化為熱能(即,將功轉化為熱能)。 這種特性可能會產生戲劇性的后果,例如通過將木塊摩擦在一起產生的摩擦力來生火。 每當發生摩擦運動時,例如當粘性流體被攪拌時,動能就會轉化為熱能。 許多類型的摩擦的另一個重要后果可能是磨損,這可能導致性能下降或組件損壞。 摩擦力是摩擦學的組成部分。

    摩擦力在提供牽引力以促進陸地運動方面是可取且重要的。 大多數陸地車輛依靠摩擦來加速、減速和改變方向。 牽引力突然降低會導致失控和事故。

    摩擦力本身并不是一種基本力。 干摩擦起因于表面間粘附、表面粗糙度、表面變形和表面污染的組合。 這些相互作用的復雜性使得根據xxx原理計算摩擦力變得不切實際,并且需要使用經驗方法進行分析和理論發展。

    摩擦力是一種非保守力——抵抗摩擦所做的功是路徑相關的。 在存在摩擦的情況下,一些動能總是轉化為熱能,因此機械能不守恒。

    歷史

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    包括亞里士多德、維特魯威和老普林尼在內的希臘人對摩擦的起因和緩解很感興趣。 他們意識到靜摩擦和動摩擦之間的差異,西米斯提烏斯在公元 350 年指出,推動移動物體的運動比移動靜止物體更容易。

    經典的滑動摩擦定律是摩擦學先驅列奧納多·達·芬奇 (Leonardo da Vinci) 于 1493 年發現的,但他的筆記本中記載的定律并未出版,因此一直不為人知。 這些定律在 1699 年被紀堯姆·阿蒙頓 (Guillaume Amontons) 重新發現,并被稱為阿蒙頓干摩擦三定律。 Amontons 從表面不平整度和提升重物將表面壓在一起所需的力方面介紹了摩擦的性質。 Bernard Forest de Bélidor 和 Leonhard Euler (1750) 進一步闡述了這一觀點,他們導出了重物在傾斜平面上的休止角,并首先區分了靜摩擦和動摩擦。John Theophilus Desaguliers (1734) 首先認識到 摩擦中的附著力。 微觀力量導致表面粘在一起; 他提出摩擦力是將粘附表面撕開所必需的力。

    Charles-Augustin de Coulomb (1785) 進一步發展了對摩擦力的理解。 Coulomb 研究了四個主要因素對摩擦的影響:接觸材料的性質及其表面涂層; 表面積的范圍; 正常壓力(或負載); 以及表面保持接觸的時間長度(靜止時間)。

    摩擦力

    庫侖進一步考慮了滑動速度溫度濕度的影響,以便在已提出的關于摩擦性質的不同解釋之間做出決定。 庫侖摩擦定律(見下文)區分了靜摩擦和動摩擦,盡管約翰·安德烈亞斯·馮·塞格納 (Johann Andreas von Segner) 已于 1758 年對此進行了區分。Pieter van Musschenbroek (1762) 解釋了靜止時間的影響 )通過考慮纖維材料的表面,纖維嚙合在一起,這需要有限的時間來增加摩擦。

    John Leslie (1766–1832) 指出了 Amontons 和 Coulomb 觀點的一個弱點:如果摩擦力是由于一個重物沿著連續的凹凸不平的斜面向上拉起的,那么為什么它不能通過下降相反的斜坡來平衡呢?

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