
【机】 law of solid friction
solid; solid body
【医】 solid; stereo-
rub; friction; attrition; chafe; grating; grit; scrub
【医】 friction; frottage; rub; rubbing
law
【化】 law
【医】 law
固体摩擦定律(Solid Friction Laws),又称库仑摩擦定律(Coulomb's Law of Friction),是描述两个固体接触表面间摩擦力的基本物理规律。其核心内容可概括为以下三点:
摩擦力与法向压力成正比
摩擦力($F_f$)的大小与接触面间的法向压力($F_N$)成正比,比例系数称为摩擦系数($mu$)。其数学表达式为:
$$F_f leq mu F_N$$
其中 $leq$ 表示最大静摩擦力满足此式,而动摩擦力通常近似等于 $mu F_N$。该关系由法国物理学家查尔斯·奥古斯丁·库仑于1781年系统阐述并实验验证。
摩擦力与表观接触面积无关
对于给定的材料组合和表面状态,摩擦力的大小主要取决于法向载荷和摩擦系数,与两物体接触的表观面积大小无关。这一特性源于实际接触发生在微观凸起(粗糙峰)上,真实接触面积远小于表观接触面积。
摩擦力与滑动速度基本无关(低速下)
在相对滑动速度较低且变化范围不大时,动摩擦力的大小近似恒定,与滑动速度的大小关系不明显。这一结论在工程应用中具有重要价值,但在高速或精密摩擦学中需考虑速度依赖性。
关键参数解释:
适用范围与局限性:
固体摩擦定律是宏观唯象定律,适用于大多数工程材料的干摩擦或边界润滑条件。但在以下情况可能出现偏差:
权威参考来源:
https://www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html (详细解释定律内容及摩擦系数表)
ASM International出版的权威材料手册中关于摩擦学的章节系统阐述了经典摩擦定律及其物理基础。
固体摩擦定律,通常指经典摩擦学中的阿蒙顿-库仑定律(Amontons-Coulomb Law),是描述两个固体表面间摩擦力基本规律的实验性定律。以下是核心要点:
摩擦力与法向载荷成正比
摩擦力 ( F_f ) 与接触面间的法向压力(即垂直载荷)( N ) 成正比,公式为:
$$
F_f = mu N
$$
其中 (mu) 为摩擦系数,无量纲,由材料性质决定。
与表观接触面积无关
即使两个物体的接触面积增大(如将长方体平放改为竖放),摩擦力仍只取决于法向载荷,而非实际接触面积。
静摩擦与动摩擦的差异
现代摩擦学发现,实际接触面积并非完全与载荷无关,且微观表面粗糙度、温度、滑动速度等因素可能影响摩擦系数。因此,经典定律更多作为近似模型使用,复杂场景需结合实验或更精细的理论(如粘着摩擦理论)。
如需深入探讨特定材料的摩擦行为,建议参考摩擦学实验数据或专业文献。
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