
【機】 law of solid friction
solid; solid body
【醫】 solid; stereo-
rub; friction; attrition; chafe; grating; grit; scrub
【醫】 friction; frottage; rub; rubbing
law
【化】 law
【醫】 law
固體摩擦定律(Solid Friction Laws),又稱庫侖摩擦定律(Coulomb's Law of Friction),是描述兩個固體接觸表面間摩擦力的基本物理規律。其核心内容可概括為以下三點:
摩擦力與法向壓力成正比
摩擦力($F_f$)的大小與接觸面間的法向壓力($F_N$)成正比,比例系數稱為摩擦系數($mu$)。其數學表達式為:
$$F_f leq mu F_N$$
其中 $leq$ 表示最大靜摩擦力滿足此式,而動摩擦力通常近似等于 $mu F_N$。該關系由法國物理學家查爾斯·奧古斯丁·庫侖于1781年系統闡述并實驗驗證。
摩擦力與表觀接觸面積無關
對于給定的材料組合和表面狀态,摩擦力的大小主要取決于法向載荷和摩擦系數,與兩物體接觸的表觀面積大小無關。這一特性源于實際接觸發生在微觀凸起(粗糙峰)上,真實接觸面積遠小于表觀接觸面積。
摩擦力與滑動速度基本無關(低速下)
在相對滑動速度較低且變化範圍不大時,動摩擦力的大小近似恒定,與滑動速度的大小關系不明顯。這一結論在工程應用中具有重要價值,但在高速或精密摩擦學中需考慮速度依賴性。
關鍵參數解釋:
適用範圍與局限性:
固體摩擦定律是宏觀唯象定律,適用于大多數工程材料的幹摩擦或邊界潤滑條件。但在以下情況可能出現偏差:
權威參考來源:
https://www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html (詳細解釋定律内容及摩擦系數表)
ASM International出版的權威材料手冊中關于摩擦學的章節系統闡述了經典摩擦定律及其物理基礎。
固體摩擦定律,通常指經典摩擦學中的阿蒙頓-庫侖定律(Amontons-Coulomb Law),是描述兩個固體表面間摩擦力基本規律的實驗性定律。以下是核心要點:
摩擦力與法向載荷成正比
摩擦力 ( F_f ) 與接觸面間的法向壓力(即垂直載荷)( N ) 成正比,公式為:
$$
F_f = mu N
$$
其中 (mu) 為摩擦系數,無量綱,由材料性質決定。
與表觀接觸面積無關
即使兩個物體的接觸面積增大(如将長方體平放改為豎放),摩擦力仍隻取決于法向載荷,而非實際接觸面積。
靜摩擦與動摩擦的差異
現代摩擦學發現,實際接觸面積并非完全與載荷無關,且微觀表面粗糙度、溫度、滑動速度等因素可能影響摩擦系數。因此,經典定律更多作為近似模型使用,複雜場景需結合實驗或更精細的理論(如粘着摩擦理論)。
如需深入探讨特定材料的摩擦行為,建議參考摩擦學實驗數據或專業文獻。
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