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为什么摩擦力的大小的接触面无关呢?除了实验还有什么理论依据吗?

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/07/18 09:13:01
为什么摩擦力的大小的接触面无关呢?除了实验还有什么理论依据吗?
能不能这样解释?
当同一物体的摆放不同时(如长方体),接触表面一样,但面积不一样,造成压强的不同.面积越大,压强越小,每一个接触的点的压力也就小了,所以虽然接触点多了,但每点的压力小了,按造5楼sadan的说法,整个物体受到的摸查里就变化很小或者刚好不变.
摩擦力产生在两个接触表面之间.我们用肉眼看到的光滑固体表面,当用放大镜观察时,就会发现其表面是凸凹不平的,好像布满了高峰山谷一般.经过车床加工的金属表面,峰高可达5微米;再经过仔细研磨,峰高可以减至0.1微米.但这相对于原子尺度仍然是很大的.因此,当两个物体相互接触时,真正接触的只是物体表面的峰丘.在这些真正接触的区域内,两个接触表面的原子非常接近,原子之间具有非常强的相互作用力.在接触点以外的其他区域,两物体表面的原子之间的距离比较大,从几埃到几十埃(1埃=10-6厘米).这些原子之间的相互作用力比较弱,与真正接触区域相比可以忽略不计.而接触区域的面积之和要比物体表观面积小得多.
当两个接触面发生相对滑动的时候,势必要以剪切的方式破坏原来所有的接触点,使两个接触表面的凸起部分相碰撞而产生断裂、磨损,从而形成了对物体运动的阻障.平行于接触表面而使接触点破坏所需要的剪切力,就等于摩擦力.
两物体表面开始接触时是一种点接触.在法向正压力的作用下.这些接触点的负荷很大,会使相接触的凸起部分产生弹塑性形变,从而使接触面积增大.坚硬的材料使其产生这种形变比较困难,即产生等量的形变需要更大的负荷.所以,两个物体表面真正相接触的面积大小,与所施加的法向正压力成正比,与相接触材料的硬度成反比.
摩擦系数μ等于摩擦力f与法向正压力N的比值,即μ=f/N.摩擦系数μ同两个物体的表视接触面积和滑动速度等因素无关.实验结果证明,对于一般机械加工的表面,摩擦系数μ同物体的表面粗糙程度无关;对于很粗糙的表面,因接触面凸与凹部分交错啮合,会使摩擦系数μ增大;对于非常光滑的表面,尤其是特别清洁的表面,由于真正接触面积增大和接触点粘结强度提高,所以摩擦系数μ也会增大.表面越光洁,摩擦系数的μ值也越大,这同人们一般的常识不同
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这个理论只是大家普遍认为的观点,至于真正的机理估计还有待研究
对于你的这个例子“当同一物体的摆放不同时(如长方体)”,可以这样理解,其实你所说的其实还是与面积无关的,那个理论里面也没说完整,没说到摩擦力点接触面积与物体接触面积的关系,只是说了点接触面积比物体接触面积小很多.但是根据理论我推断了两种解释方法,你说的应该是第二种.
一,根据理论可以是这样认为:摩擦力的点接触个数n与物体的接触面积A是成正比(n=KA),那么K其实就是单位物体面积上点接触个数,很明显这个值就是一个根物体材料有关的量.
每个接触点正压力F等于物体重量G除接触点的个数n(F=G/n),每个点的点接触的面积大小s与所施加的法向正压力F成正(s=QF),Q也应该是个和材料有关的量.
所以物体的点接触面积S=ns=KA*QF=KA*Q*(G/KA)=QG,则说明对于同一物体的摆放不同时(如长方体),其实际点接触面积是一样,那么平行于接触表面而使接触点破坏所需要的剪切力(等于摩擦力)是一样的.
二,按其理论也可以这样认为:摩擦力f等于平行于接触表面而使接触点破坏所需要的剪切力,明显剪切力的大小与物体点接触面积s(相当与上面说法中的点接触个数)与咬合深度h(点接触互相嵌入的深度成正比,相当与上面说法的每个点的点接触的面积大小s),f=K*s*h.K比例常数.
物体点接触面积s与物体的接触面积A是成正比(s=kA),
咬合深度h与单位点接触面积的压力成正比(及点接触面上的压强p=G/s=G/kA)
h=Q*P=Q*(G/kA),Q比例常数.
f=K*kA*Q*(G/kA)=KQ*G.摩擦力还是只与G有关,和正压力有关.你所说的应该就是这重解释.