滑动摩擦是当物体在表面上滑动时作用在物体上的摩擦力。滑动摩擦比静摩擦要弱。这就是为什么一旦家具开始移动后,让它继续在地板上滑动会比最初推动它容易得多的原因。
滑动摩擦也可以很有用。例如,当你用铅笔写字时,就会用到滑动摩擦。铅笔的“笔芯”在纸上轻松滑动,但铅笔和纸之间又有足够的摩擦力从而留下痕迹。
示例: 滑动摩擦如何帮助你骑自行车?
每次你使用自行车刹车时,刹车片和车圈之间都会产生滑动摩擦。这种摩擦力减缓了滚动车轮的速度,使你能够停下来。
滑动摩擦的更多例子可以是:
- 滑雪
- 推动物体穿过表面
- 搓手(摩擦力产生热量。)
- 汽车在冰上打滑
- 汽车转弯时侧滑
- 打开窗户
- 几乎任何物体与表面接触的运动
影响滑动摩擦的因素可以归纳为以下几点:
物体的表面变形。
液体和气体中同样存在摩擦。与在路面等固体表面滑动相比,在空气或水中的摩擦力较小。
物体表面的粗糙度或光滑度。
与粗糙表面相比,光滑表面更容易在物体表面滑动。当你观察微观尺度时,你会注意到表面存在不规则性,这些会阻碍滑动。因此,粗糙度越高,摩擦力越大。
物体的初始速度。
表面温度的升高会导致凸起逐渐变平,从而导致在高温下达到稳定状态和更高的滑动速度,这会降低剪切力,降低摩擦系数,并获得较低的粗糙度。
物体的大小。
任何物体的重量都是法线方向上常见的力。因此,摩擦力与物体的重量成正比。
最后,施加在任一物体上的压力大小。
法线方向(垂直于滑动平面)的力会增加表面之间的相互作用,从而增加摩擦力。因此,摩擦力与施加的正压力成正比。
滑动力的方程包括滑动摩擦系数乘以法向力。
> Fs = μsFn
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> 其中,
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> Fs = 滑动摩擦力
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> μs = 滑动摩擦系数
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> Fn= 法向力
摩擦系数的推导
垂直力减小
当物体放置在斜面上时,表面之间垂直的力会根据斜面的角度而减小。克服摩擦所需的力 等于摩擦系数 乘以斜面角度的余弦 乘以物体的重量。有数学表格给出了各种角度的余弦值。
> Fr = μ W Cosθ
重力导致滑动
请注意,当物体在斜面上时,重力有助于导致物体沿斜坡或斜面向下滑动。我们称这个力为,它等于物体的重量 乘以角度的正弦
> Fg = W sin θ
角度的正切决定系数
如果你把斜坡设置得足够陡,Fg 将变得大于 Fr,物体就会沿着斜面滑下。它刚刚开始滑动的角度由以下方程确定:
> μ W cos θ = W sin θ
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> 将方程两边除以 W 和 cos θ,我们得到静摩擦系数的方程
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> μ = tan θ
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>
> 其中 tan θ 是角度 θ 的正切,等于 \frac{Sin\theta}{Cos\theta}。
倾斜表面上的运动
斜面是一类问题集,其中一个巨大的物体位于斜坡上,仅受到沿斜面向下方向的运动。虽然重力将物体垂直向下拉,但斜坡的存在阻止了这种情况。因为物体不能穿过斜坡的固体表面移动,所以物体只能沿着斜坡的表面移动。
例如:如果你把一本书放在斜坡上,改变斜坡的角度直到书开始滑动,然后测量斜坡的角度,你就可以确定书和斜坡之间的摩擦系数。如果角度是 30 度,那么 30 度的正切大约是 0.58。在这种情况下,这就是静摩擦系数。即使你增加书上的重量,它仍然会在 30 度时滑动。
法向力
Th