当两物体接触面间有相对滑动或有相对滑动趋势时,沿接触点的公切面彼此作用着阻碍相对滑动的力,称为滑动摩擦力,简称摩擦力。用F表示。
如上图所示,一重为 G 的物体放在粗糙水平面上,受水平力 P 的作用,当拉力 P 由零逐渐增大,只要不超过某一定值,物体仍处于平衡状态。这说明在接触面处除了有法向约束反力 N 外,必定还有一个阻碍重物沿水平方向滑动的摩擦力 F,这时的摩擦力称为静摩擦力。
静摩擦力可由平衡方程确定:
ΣX=0 ,P-F=0。
解得 F=P
可见,静摩擦力 F 随主动力 P 的变化而变化。但是静摩擦力 F 并不是随主动力的增大而无限制地增大, 当水平力达到一定限度时,如果再继续增大, 物体的平衡状态将被破坏而产生滑动。 我们将物体即将滑动而未滑动的平衡状态称为临界平衡状态。 在临界平衡状态下, 静摩擦力达到最大值,称为最大静摩擦力,用 Fm表示。所以静摩擦力大小只能在零与最大静摩擦力 F m 之间取值。
即0≤ F≤Fm
最大静摩擦力与许多因素有关。
大量实验表明最大静摩擦力的大小可用如下近似关系: 最大静摩擦力的大小与接触面之间的正压力(法向反力)成正比,即Fm=fN , 这就是库伦摩擦定律。
式中 f 是无量纲的比例系数,称为静摩擦系数。其大小与接触体的材料以及接触面状况(如粗糙度、湿度、温度等)有关。
物体间在相对滑动的摩擦力称为动摩擦力,用 F′表示。实验表明, 动摩擦力的方向与接触物体间的相对运动方向相反,大小与两物体间的法向反力成正比。
即F′=f′N
这就是动滑动摩擦定律。式中无量纲的系数 f′称为动摩擦系数。还与两物体的相对速度有关, 但由于它们关系复杂, 通常在一定速度范围内, 可以不考虑这些变化,而认为只与接触的材料以及接触面状况有关外。