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滑动摩擦系数

作者:Ron Kurtus

滑动摩擦系数是一个数字,表示给定法向力将两个物体推到一起时,两个物体之间存在多少滑动摩擦力。

有两个滑动摩擦系数,取决于物体是静止的还是静止的,它们是运动的还是相对于彼此运动的。对于一组给定的材料,滑动摩擦的静摩擦系数通常大于摩擦的动摩擦系数。

有许多因素会影响摩擦系数,包括表面条件。滑动摩擦系数的数值可以很好地参考材料的特定组合。

你可能会问的问题包括:

本节课将回答这些问题。有用的工具:单位转换



系数的关系

当一个力作用在一个物体上时,滑动摩擦的阻力在相反的方向上起作用,与表面平行。

静态系数

当两个物体彼此静止时,其中一个物体受到外力的作用,则摩擦力为:

F党卫军党卫军N

滑动摩擦静力系数为:

μ党卫军= F党卫军/ N

地点:

动力系数

当一个物体在另一个物体上滑动时,滑动摩擦的动力系数为:

μks= Fks/ N

地点:

系数关系

静态系数大于动态系数:

μ党卫军ks

因此

F党卫军> Fks

影响系数因素

影响滑动摩擦系数的因素有几个。

与速度无关

在大多数情况下,滑动物体的速度不影响摩擦系数。然而,在更高的速度下,μks可以改变的。还没有很多实验来测量的变化μks相对于滑动速度。

与面积无关

虽然这似乎违反直觉,但滑动摩擦系数与面积无关如果法向力是恒定的。这只适用于表面坚硬且未润滑的情况。

例如,一本书在其边缘滑动的摩擦力与它放在桌子上时的摩擦力是一样的。

这个规则的基本原理是大部分COF来自表面粗糙度。当一个占地面积小的物体用给定的力压在一个表面上时,所涉及的压力是力除以面积。

表面条件

其他影响,如金属表面的氧化、污垢、水或油脂,可以极大地改变给定材料的摩擦系数。

氧化效应

例如,清洁干燥的钢材在钢材上滑动时,其摩擦系数为μ= 0.78,但如果表面发生氧化,则系数为μ= 0.27。

同样,干净干燥的铜在铜上滑动的系数为μ= 1.21,氧化铜的值为μ= 0.76。

需要了解地面情况

在这样的表格中使用别人建立的数值时,最大的问题是你不知道所使用的材料的实际表面状况,也不知道这些数值是如何确定的。

数值图表

摩擦系数可以在0(零)和∞(无穷大)之间。

当接近0时

μ= 0时,没有摩擦力。如果μ接近于0时,摩擦力很小。例如,在光滑的冰面上,皮底鞋的摩擦系数非常小,接近于零。这就是为什么你可以很容易地在冰上滑倒,甚至摔倒。即使是在冰上穿胶底鞋,摩擦系数也很小。

当接近无穷时

许多学生和老师错误地认为μ必须小于1。这是不正确的,因为Fr可以是法向力的很多倍。

一个极端的例子是,如果你把一个物体粘在另一个物体上。移动物体的阻力会非常大,摩擦系数也会非常大。如果胶水很牢固,它们永远不会互相摩擦,那么μ等于无穷。

人们这么想的原因是μ必须小于1是可能的,因为大多数摩擦系数的值都小于1。这是因为大多数感兴趣的材料通常相对容易地相互滑动。

图表

下表列出了一些典型材料的滑动摩擦静力和动力系数。假定表面干净、坚硬、无润滑。

但是,由于没有提到表面的质量,您应该只使用这些读数作为指导。最好针对您的特定材料和使用条件测量系数,以获得准确的值。

滑动摩擦系数

材料1

材料2

静态

动能

低碳钢 0.61 0.47
铸铁 铸铁 1.1 0.15
铸铁 1.05 0.29
低碳钢 0.53 0.36
玻璃 玻璃 0.9 - 1.0 0.4
玻璃 0.78 0.56
皮革 橡木(平行纹) 0.61 0.52
0.7 - 1.1 0.53
橡木 橡木(平行纹) 0.62 0.48
橡木 橡木(十字纹) 0.54 0.32
钢(轻微) 黄铜 0.51 0.44
钢(轻微) 引领 0.95 0.95
钢(轻微) 钢(轻微) 0.74 0.57
钢(硬) 钢(硬) 0.78 0.42
锌(镀在钢上) 0.5 0.45
铸铁 0.85 0.21

总结

许多材料的摩擦系数已制成表。这些数值只适用于坚硬、干净的相互滑动的表面。由于没有列出各种实验参数,在使用这些表格值时应加以考虑,因为它们可能与您的应用程序没有直接关系。


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资源及参考资料

罗恩·库图斯的证书

网站

摩擦资源-广泛的清单

摩擦系数-静摩擦值(清洁vs润滑)从工程工具箱

工程库-摩擦系数

工程师边缘COF-广泛的表格

近似摩擦系数——维基百科

RoyMech(英国)-摩擦因数-各种清单

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关于摩擦实验的顶级书籍

摩擦科学与技术(机械工程系列)Peter J. Blau;Marcel Dekker酒吧。(1995) 89.95美元

滑动摩擦物理学(北约科学系列E:) B.N.佩尔松,E.托萨蒂;施普林格酒吧。(1996) 358.00美元


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