影响摩擦力形成的本质因素探讨

高中物理关于摩擦力的知识体系引自经典摩擦定律.但经典摩擦定律既没有包含也没有回答摩擦的起源这个根本性问题.目前,关于摩擦力本质的研究中,最有影响力的学说是粘着摩擦理论,这一理论较好地解释了库仑摩擦定律和其他许多摩擦现象,本文从这一理论出发,探讨影响摩擦力形成的几个相关性因素.     

轴承中的摩擦力矩对转动的影响

轴承中的摩擦力矩对转动的影响秦宏伟，王德安，段吉辉（山东大学）（山东轻工业学院）（山东大学）关于滚动轴承中摩擦力矩的知识早已有专门的著作作了阐述．本文只讨论在刚体转动惯量实验仪器中滚珠轴承的摩擦力矩对刚体转动的影响．根据刚体转动定律所设计的测定刚体转...     

纳米级随机粗糙表面微观滑动摩擦力的计算研究

表面形貌很大程度上决定了摩擦副的摩擦性能, 而所有的表面都不可能是绝对光滑的.由于摩擦表面形貌的随机性, 决定了实际的摩擦过程具有随机性的特点, 因此为了获得与随机形貌对应的摩擦特性, 建立合理的随机摩擦模型是必要的. 本文基于Lennard-Jones势能建立了纳米级随机粗糙表面和原子级光滑的刚性平面间的随机摩擦模型; 模型中, 界面势能由法向载荷和界面间平衡距离决定.通过数值计算的方法, 推导了微观滑动摩擦力的计算公式和摩擦力与法向载荷之间的关系. 研究结果表明摩擦力随着法向载荷的增加而增加, 但不是线性增长. 结果也说明界面间的表面势能可能是微观摩擦力的本质起源. 关键词： 随机粗糙表面 Lennard-Jones势能 微滑动摩擦力 微摩擦     

基于转动惯量仪的系统摩擦力矩测量

转动摩擦在实际的生活和技术应用中很普遍,因此有必要对转动摩擦进行测量。本文基于转动惯量仪利用光电门结合视频分析的方法测量转动系统的摩擦力矩,并探究不同的钩码质量以及不同的往复周期等对摩擦力矩测量的影响。测量结果表明:摩擦力矩测量方法是可行的。当钩码质量增加,摩擦力矩不断增大,且质量越大对于摩擦力矩的影响越为明显。当质量一定时,摩擦力矩随往复周期的增加而逐渐减小。     

载荷对壁虎刚毛束的摩擦各向异性特性影响的实验研究

用离体壁虎刚毛阵列在自制微黏附摩擦测试台上对预加载荷对刚毛摩擦与黏着的各向异性特性的影响进行了实验研究.实验结果表明,在逆壁虎刚毛自然弯曲方向卷出实现脱附时, 刚毛所受摩擦力与法向力成正比,摩擦系数为0.6;沿顺刚毛自然弯曲方向卷入实现黏附时, 随预载荷增加摩擦力增加,法向力由黏附力变为斥力.在同等预载荷下,卷入方向的摩擦力是卷出方向的2倍以上. 本文提出了摩擦各向异性特征参数,对壁虎刚毛的黏着与摩擦各向异性进行了定量表征, 这种特性是由刚毛的弯曲及多等级结构决定的. 关键词： 壁虎刚毛 黏着 摩擦 各向异性     

自制摩擦力演示器

初中物理关于“摩擦力”内容中，介绍了一些用滚动摩擦代替滑动摩擦以减小摩擦的实例，并且这也是减小有害摩擦的常用方法之一．使用自制的教具“摩擦力演示器”，只需要做一个演示就可用事实证明这个道理，并会给学生增加学习兴趣，留下深刻印象．1．制作（1）取一只废弃易拉罐或近似圆柱体饮料瓶在其内部填满泥土或砂子（在使用时增大压力增大摩擦，从而增大弹簧秤示数的可见度）作为磙子．（2）用铁丝围成或用木条钉成一个方握并按图组合，即制成“摩擦力演示器”．2．使用（1）用弹簧秤拉着演示器在水平面上作匀速直线运动（此时插销插…     

悬浮石墨烯摩擦特性

石墨烯作为固体润滑剂在微/纳米机电系统中具有巨大的应用潜力.本文在SiO_2/Si基底上制备了微孔阵列,将石墨烯剥离在微孔上,形成悬浮结构.使用原子力显微镜研究悬浮石墨烯和支撑石墨烯的摩擦特性,结果表明:悬浮石墨烯表面摩擦力比基底支撑石墨烯明显减小,同时在支撑石墨烯上出现的摩擦增强效应也消失.随着石墨烯厚度的增大,面外刚度逐渐增大,悬浮石墨烯与支撑石墨烯的摩擦力差异逐渐减小.此外,使用预磨损探针时,悬浮石墨烯和支撑石墨烯的摩擦力都显著增大,且悬浮石墨烯的摩擦力依然比支撑石墨烯小.通过对比不同厚度石墨烯,不同针尖半径时悬浮石墨烯与支撑石墨烯表面摩擦力的变化,揭示了面外变形对石墨烯摩擦力的影响,为有效提高石墨烯固体润滑剂的摩擦性能提供了理论指导.     

温度对微界面摩擦影响的研究

以微观界面摩擦为研究对象,分析了温度变化对材料摩擦性能的影响.基于Towle剪切强度-温度经验公式和晶格热动力学理论,推导出摩擦力与温度之间的理论计算公式.理论分析表明:当界面温度低于材料的德拜温度时,摩擦力随着温度的增加而降低.理论计算结果与原子力显微镜实验结果对比,发现二者趋势一致,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 界面摩擦 真实接触面积 温度 摩擦力     

掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟

掺硅类金刚石(Si-DLC) 薄膜表现出优异的摩擦学性能, 在潮湿空气和高温中显示出极低的摩擦系数和很好的耐磨性, 但是许多实验表明Si-DLC膜的摩擦性能受其硅含量的影响很大. 因此, 本文采用分子动力学模拟的方法分别研究干摩擦和油润滑两种情况下不同硅含量的Si-DLC膜的摩擦过程. 滑移结果表明干摩擦时DLC膜和掺硅DLC膜之间生成了一层转移膜, 而油润滑时则为边界膜. 因此干摩擦时的摩擦力明显大于油润滑时的摩擦力. 少量添加硅确实能降低DLC膜的摩擦力, 但是硅含量大于20%后对DLC膜的摩擦行为几乎无影响. 干摩擦时硅含量对转移膜内键的数量影响很大, 转移膜内CC键和CSi键都先增加后减少, 滑移结束时几乎不含CSi键.     

基于超声波微驱动的摩擦改性

提出了一种超声波微驱动摩擦改性的思想。通过激励超声波马达振子的两个对称的夹心式换能器前端头作旋转方向相反的椭圆运动,使摩擦副处于超声波动力润滑状态,同时控制两个夹心式换能器振幅,实现在低速运动时对摩擦力的主动控制达到减小摩擦力的目的。利用气浮导轨、力传感器、低速电机建立了摩擦力模糊控制系统。初步的实验表明,摩擦力大大减小,当振子和负载总质量为3．8kg,电机拖动速度0．5mm/s时,摩擦系数达到0．0053。     

浅谈摩擦力的电磁本质

浅谈摩擦力的电磁本质孟志坚（杭州市城建工程学校３１００１２）摩擦是一种比较复杂的物理现象．本文以干燥的固体表面的摩擦为例，从微观角度来分析、探讨摩擦力的产生原因及其本质并试阐述一般情况下最大静摩擦力为什么大于滑动摩擦力的机理．两个物体在实际接触区相互...     

纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理

采用分子动力学方法, 模拟了由脂肪酸C_nH_2n+1COOH和C₁₇H₃₅COOH (n=12,13,14,15,16,17) 按1:1比例组成的7种混合单层Langmuir-Blodgett (LB)膜和由C₁₆H₃₃COOH 分子组成的单层膜的摩擦性质. 结果显示: 1) 随着混合单层膜内的不同分子链长差的减小, 其剪切压随之减小, 摩擦力主要来自单层膜间的库伦作用; 2) 混合膜内的两种不同分子的尾基排列对其摩擦性能影响较大, 当混合LB膜中所有分子尾基全同排列时剪切压较小. 当分子链长差为1 个C-C键长时, 分子尾基排列对膜的摩擦性质影响较大. 3) 同种分子尾基全同排列组成的单层膜, 当上下两单层膜的尾基呈镜面对称时, 其剪切压随着分子链长的增加而减小, 摩擦力主要来自膜间的库伦作用; 当上下两单层膜的尾基呈中心对称时, 膜间摩擦力主要来自膜间的范德华 (VDW) 作用. 关键词： 分子动力学模拟 纳米摩擦 薄膜 库伦能     

基于耦合振子模型的摩擦力计算研究

以界面摩擦为研究对象,探讨了基于耦合振子模型(coupled-oscillator model)的滑动摩擦微观机理,分析了滑动过程中的能量耗散问题. 采用Maugis-Dugdal接触模型替代界面摩擦中的Lennard-Jones势能,并将该模型融入耦合振子模型之中,通过计算振子在一个周期内的能量增加值,推导出了界面摩擦力的理论计算公式. 理论分析表明,对于探针-试样接触系统,滑动摩擦力近似随着法向载荷的2/3次方增加,这与纳米摩擦学经典理论是相符的.理论计算结果与超高真空原子力显微镜镀铜探针在Cu(111)晶面扫描实验结果符合良好,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 耦合振子模型 界面摩擦 摩擦力 法向载荷     

圆柱刚体滚动的动力学分析

刚体滚动是理论力学中常见的问题,其摩擦力的分析一直受到研究者关注.笔者对圆柱刚体滚子受到任意集中力作用下的运动情况进行了分析,事实上只要圆柱刚体未离开支撑面,起实质作用的只有平行于支撑面的集中力分量,进而得到了相应情形下滚子的角加速度和质心加速度表达式,并研究了滚子角加速度和质心加速度的极值问题,从而提出了摩擦类型判别函数式;并对无摩擦条件下圆柱刚体的滚动状态进行了探讨;最后对滚子静止不动、原地打滑、纯滑动等特殊运动情况作了讨论.     

基底支撑刚度梯度变化对石墨烯层间摩擦力的影响

基于纳米摩擦能耗理论,利用分子动力学方法建立了公度接触下支撑刚度梯度变化的石墨烯层间摩擦力模型,分析了基底质心刚度和支撑刚度梯度变化对基底和薄片各接触区摩擦能耗的贡献.结果表明:软边界区始终贡献驱动力;硬边界区贡献的摩擦力最大,且随着支撑刚度的增大,硬边界区对总摩擦的贡献比也越高.各接触区的摩擦力是薄片和基底之间的褶皱势和接触区产生的法向变形差两部分的共同作用.前者是公度接触下阻碍滑移的界面势垒和刚度梯度方向上不同刚度支撑原子热振动引起的势梯度;后者是接触边界过渡区两侧原子的非对称变形和自由度约束突变引起的非平衡边界势垒相耦合的结果.本文对研究公度接触下刚度梯度支撑的纳米器件的相对运动规律有指导意义.     

学生对刚体滚动过程中摩擦力作用的认识

刚体滚动是大学物理中的重点内容,学生在学习刚体滚动运动中存在诸多的困难,尤其是对摩擦力的作用认识不清。我们通过分析学生相关测试题目的结果,辅以出声访谈策略,深入了解了学生解决相关问题的思维过程。结果发现,学生会将平动中与摩擦力有关的前概念迁移到转动过程中,对摩擦力如何影响刚体滚动运动的过程、在功能转换中的作用以及摩擦力自身性质的认识均存在一些典型的迷思概念。     

摩擦力作功与功能原理

引言 物体m在地面上滑动时,地面作用在m上的摩擦力是否作功?m作用在地自上的摩擦力是否作功?摩擦生热,是哪个摩擦力生热?还是两个摩擦力都生热?这些问题,一般普通物理书上很少讲。这里谈一下我个人的意见。另外,还谈一下与此有关的功能原理。 一、功的定义和意义 为了说明问题,我们先把功的定义和意义讲清楚。 1.功的定义 力F的作用点发生位移ds时,F作的功定义为 dW=F、 ds( l)在这个定义式中。ds是F的作用点的位移,这一点有些普通物理书上讲到了,但很多普通物理书上都没有说清楚,只笼统地说是位移,甚至有的书上说成是物体的位移。 还应指…     

体操运动为什么用滑石粉

我们多年在物理课堂作业上和新出版的考卷、资料上,遇到在单杠或双杠、举重等运动中,运动员比赛前都要在手上或杠上涂上滑石粉,它的作用是什么这类题,参考答案都是为了增大摩擦力或防滑脱,可是我们通过实验后分析认为此举主要是防接触部位受伤,同时,也有增大摩擦或减小摩擦的作用,理由有以下几点: 一、在举重运动中,如果是为了增大摩擦,在举起沉重而质量很大的杠铃时,这个过程中手腕要改变方向,由于摩擦力大就难以完成或由于转变手腕方向时,有改变运动状态的过程或趋势,而杠铃由于惯性可能要在手中转动,若摩擦力太大,杠就难以转动,它就要改变手的运动状态使任务难以完成,甚至使手被摩起血泡.为了使举杠铃任务顺利完成又不至于使手受伤,用滑石粉应是减小摩擦力.     

缺陷对碳纳米管摩擦与运动行为的影响

本文采用分子动力学方法研究了公度、无公度情况下含空位、Stone-Thrower-Wales(STW)型缺陷的单壁碳纳米管(SWCNT)在石墨基底上的摩擦与运动行为.结果表明,公度时缺陷的存在导致了界面局部无公度,减小了摩擦.随着碳纳米管底部STW缺陷的增多,碳纳米管变形增大,侧向力波动的幅值减小,局部无公度性增强,摩擦减小.含空位缺陷的碳纳米管所受的摩擦力明显大于含STW缺陷的碳纳米管,原因在于含空位缺陷的碳纳米管在运动的后期出现了明显的翻转现象,增大了能量耗散.无公度时,碳纳米管与石墨基底间的摩擦力很小,缺陷对其摩擦力影响不大,原因在于无论是否含有缺陷,碳纳米管与石墨组成的界面的无公度性差别不大.     

对摩擦实验的改进

现行初高中物理课本中有关摩擦实验的效果总不理想,主要存在三个问题: 1.初中物理课本关于滑动摩擦与滚动摩擦的两个演示实验和研究滑动摩擦的学生实验,都是在测力计拉着滑块运动时测量摩擦力的。只有手对测力计拉力保持水平且恒等于滑动摩擦力(或滚动摩擦力)时,滑块才能匀速运动,测力计示数才等于摩擦力。然而手拉测力计的力一般很难做到既保持水平又恒等于摩擦力,测力计也就很难有一个确定的示数。