關(guān)于摩擦力的概念和定律

摩擦力也只是表現(xiàn)在宏觀現(xiàn)象上的一種力，它的具體機(jī)制非常復(fù)雜，但本質(zhì)上，也可以歸結(jié)為電磁力。因此和彈性力一樣，我們只能得到關(guān)于摩擦力的現(xiàn)象上的描述而形成的所謂規(guī)律，就是物理學(xué)里的所謂唯象規(guī)律。

對(duì)于摩擦現(xiàn)象我們只考慮固體表面之間的摩擦，這種摩擦被稱為干摩擦，而干摩擦又分為三種，有所謂靜摩擦，滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦。

靜摩擦是指兩個(gè)物體相互之間存在壓力與支撐力的相互作用，而它們之間又沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在這種情形下，兩個(gè)物體之間存在著沿著接觸面的切線方向的相對(duì)的靜摩擦力。所謂相對(duì)的靜摩擦力，是指在牛頓第三定律意義上的作用與反作用力。也就是說，物體A對(duì)物體B有靜摩擦力，同時(shí)，物體B對(duì)物體A也有相同大小，相反方向的靜摩擦力。

靜摩擦力的大小是不確定的，因?yàn)檫@個(gè)力只有在平行于靜摩擦力的方向上對(duì)其中任何一個(gè)物體產(chǎn)生外部的拉力或推力，才有可能表現(xiàn)出來。靜摩擦力有一個(gè)最大值，只要外部力量沿著靜摩擦力的方向上不大于這個(gè)最大值，這兩個(gè)物體就不會(huì)發(fā)生平移。而這個(gè)靜摩擦力的最大值和這兩個(gè)物體沿著接觸面的法向正壓力成正比，摩擦系數(shù)在這個(gè)正壓力的一定范圍內(nèi)保持為常數(shù)，它是由這兩個(gè)物體的材料以及表面狀況決定的。也就是說：

f≤μsN

其中f為靜摩擦力，N為物體之間的正壓力，μs為靜摩擦系數(shù)。

滑動(dòng)摩擦。

一旦外部力量大于靜摩擦力的最大值，這時(shí)就發(fā)生滑動(dòng)摩擦的現(xiàn)象。這就是兩個(gè)物體發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，對(duì)于滑動(dòng)摩擦力有公式：

f=μkN。

其中，μk被稱為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，它在習(xí)題里常常被設(shè)為常數(shù)，但實(shí)際上它和相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)，N為兩個(gè)物體之間的正壓力，從總個(gè)公式看來，滑動(dòng)摩擦力對(duì)于兩個(gè)給定的表面，和接觸表面面積無關(guān)。

在實(shí)際問題的分析中，要注意的是，對(duì)于滑動(dòng)摩擦的情形，滑動(dòng)摩擦力的方向一般和物體滑動(dòng)的方向相反，這是比較好確定的。

但還有一種摩擦現(xiàn)象是一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體，或者兩個(gè)物體相對(duì)地作滾動(dòng)，一般來說，滾動(dòng)摩擦力要小于滑動(dòng)摩擦力。特別的，對(duì)于滾動(dòng)摩擦的情形，千萬要注意，滾動(dòng)摩擦力的方向并非和物體滾動(dòng)的方向相反。仔細(xì)分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于純滾動(dòng)來說，滾動(dòng)摩擦現(xiàn)象實(shí)際上還是一種靜摩擦現(xiàn)象，對(duì)于非純滾動(dòng)，則變成一種滑動(dòng)摩擦。而滾動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)方向是和接觸面的受力方向或滑動(dòng)方向相反的。因此分析滾動(dòng)摩擦的受力情況時(shí)一定要非常小心。

由于實(shí)際的滾動(dòng)摩擦現(xiàn)象比較復(fù)雜，我們不在這里作進(jìn)一步的討論。

注意到我們上面的敘述中，沒有特定地指出是哪個(gè)物體沿著哪個(gè)物體作摩擦運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槟Σ吝\(yùn)動(dòng)作為兩個(gè)有接觸表面的物體的相互運(yùn)動(dòng)，是滿足牛頓第三定律的。因此我們所說的摩擦力既可以指物體A對(duì)物體B的摩擦力，也可以反過來說是物體B對(duì)物體A的摩擦力，這是一對(duì)作用力與反作用力。在我們分析具體問題時(shí)，一定要明確是以哪個(gè)物體作為研究對(duì)象，然后再分析作用在這個(gè)物體上的作用力。初學(xué)者常常在分析具體問題時(shí)，在還沒有確定所要研究的對(duì)象的情形下，就被各種來源的力攪得一塌糊涂。這是應(yīng)該極力避免的。