当两物体产生相对滑动(或有相对滑动趋势)时,则在接触间将产生阻碍物体滑动的力,这种力称为滑动摩擦力,简称摩擦力1。通俗来说就是一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦。摩擦力作用在物体的接触面上,其方向与滑动的方向(或相对滑动趋势的方向)相反。滑动摩擦力的大小跟正压力成正比,比最大静摩擦力略小。在物体所受压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
按接触面之间是否有相对运动存在,滑动摩擦力可分为静滑动摩擦力和动滑动摩擦力两类。
滑动摩擦力
sliding friction force
阻碍它们相对滑动的力
物理
N
静滑动摩擦力、动滑动摩擦力
产生条件
①两物体接触面粗糙
②两个物体互相间有挤压
③物体间有相对运动或有相对滑动趋势
大小
①接触面粗糙程度相同的情况下,滑动摩擦力的大小f跟正压力成正比:f=μN(μ为动摩擦因数)
②物体所受压力相同情况下,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大
③滑动摩擦力的大小比最大静摩擦力fmax略小。通常的计算中可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
注:一定范围内滑动摩擦力与接触面积无关;滑动摩擦力和物体运动速度无关。
方向
总是跟接触面相切,并且跟物体与相对运动方向相反。所谓相对,仍是以施加摩擦力的施力物体为参考系的。
分类
1、静滑动摩擦力
重为WA的物体放在粗糙的水平面上.通过绳索与托盘相连,固定面对物体A的约束反力有法向反力FN与切向静滑动摩擦力FS。
当盘中无砝码时(盘自重不计),由物块的平衡可知:FS=FT=W=0。逐渐增加盘中砝码的重量,但不超过某一极限值W0时,有Fs=W;当砝码重量达到极限值W0时,物块将处于临界平衡状态.即处于将要滑动但尚未滑动的平衡状态,这时静滑动摩擦力达到最大值FS=FSmax=W0,若再增加砝码的重量,摩擦力不再增加,物块开始滑动,从而失去平衡。由此可知:一方面,静摩擦力的数值随主动力的变化而改变,其方向与物体运动趋势的方向相反;另一方面,摩擦力的数值不随主动力的增大而无限增大,而是不能超过某一个极限值,这个极限值称为最大静摩擦力,记为FSmax。于是,静滑动摩擦力的取值范围是:
0≤Fs≤FSmax
最大静摩擦力的取值满足摩擦定律:临界平衡状态时,静摩擦力达到最大值,其大小与物体问的法向反力成正比,其方向与物体的滑动趋势方向相反。其数学表达式为:
FSmax=fs·FN
这是一个近似的实验定律,其中fs称为静滑动摩擦因素,它是反映摩擦表面物理性质的一个比例常数,其数值与相互接触物体的材料、接触表面的粗糙度、湿度、温度等因素有关,而与接触面面积的大小无关。
2、动滑动摩擦力
当物体已经滑动时,接触面上作用有阻碍相对滑动的动滑动摩擦力,在数值上它也与接触面的法向反力成正比,即:
F=f·FN
其中,f是动滑动摩擦因素。它除了与接触表面的物理性质有关外,还与物体的相对滑动速度有关,一般速度增大,f将略减小,且趋于一个极限值,而在工程应用中常把f作为常数。
性质
◆静滑动摩擦力FS的方向与滑动趋势相反,大小由平衡条件确定;
◆静滑动摩擦力的大小是一个变值,即0≤FS≤Fmax(物体平衡范围);
◆只有当物体处于将动未动的平衡临界状态时,静动摩擦力FS达到最大值,即FS=Fmax=f·FN
其中:
f— 静滑动摩擦系数(无名数);
FN— 法向反力(一般也由平衡条件决定)。
动滑动摩擦力:当物体具有相对滑动时,产生的摩擦力,称为动滑动摩擦力。动滑动摩擦力一般用FD表示,FD=FN,其中:
FN— 法向反力;
f'— 动滑动摩擦系数。
工程实际中,因为f'与f相差不大,故认为
。
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