有⼀种⼒，不论你的物理学得是好是坏，我们确定！⼀定！及肯定你不陌⽣！！这种⼒藏在我们⽣活的每⼀处，我们⾛路需要它，开⻋需要它，连⽤⼿端起早餐也离不开它——它就是：摩擦⼒。摩擦⼒基础知识复习时间到。简单的说，摩擦⼒是指接触的物体之间出现的⼀种抵抗横向相对运动或运动趋势的⼒。很显然，摩擦⼒不是⼀种基本⼒，它是由接触⾯处的微粒集体作⽤的效果。实际上，它的微观本质源于电磁相互作⽤⼒。
由于摩擦⼒是⼤量粒⼦集体参与的，因此它的作⽤过程是⼀种宏观现象，必然与⼤量粒⼦的运动相关联，也就是所谓的热现象。
当物体接触⾯相对滑动时，那些彼此靠近的原⼦或分⼦就会互相推动和拉扯。这会导致两种主要作⽤，⼀是那些粒⼦之间的结合被打破并重新结合，这往往会导致放热；⼆是原⼦受到外⼒作⽤，会导致加速运动，从⽽使其热运动的动能增加，温度升⾼，这也会导致放热。
⽆论沿着哪个⽅向运动，摩擦⼒都会导致⼀样的后果，都是让机械能变成热能，你不可能通过相反⽅向的摩擦回收之前产⽣的热。路径越⻓，经摩擦产⽣的热更多。换句话说，摩擦⼒是⾮保守⼒，它做功的过程不是可逆的。
摩擦起电是另⼀个由摩擦导致的典型现象。简单的说，不同的物质中的电⼦受到的束缚作⽤存在差别，当⼆者接触时，就有电⼦被其中⼀⽅获得，这就导致了电荷分离。摩擦⼒的作⽤不过是加强了这种物质间的接触，所以导致了更明显的电荷分离。由于涉及的原⼦数量如此之⼤，从第⼀性原理的层次计算摩擦⼒是不切实际的，所以摩擦⼒⼀般只基于经验分析来研究。
法国物理学家阿蒙顿最早系统地给出了固体间摩擦⼒的三条经验规律，即定律⼀：摩擦⼒与施加的正压⼒成正⽐。定律⼆：摩擦⼒与表观接触⾯积⽆关。定律三：动摩擦与滑动速度⽆关。同为法国的物理学家库伦将固体间摩擦⼒⽤⼀个数学表达式来表示，即这⾥的包含了静摩擦和滑动摩擦两种类型，就是所谓的摩擦系数（简称COF），是接触⾯间沿法线⽅向的⼒。
若表⾯间保持相对静⽌，为静摩擦，是静摩擦系数，此时上式取⼩于号；若表⾯之间发⽣相对运动，为动摩擦，是动摩擦系数，此时上式只取等号。这两个摩擦系数不同，⼀般⽐⼤，但⾦属之间的摩擦，这两个系数⼏乎差不多。若保持正压⼒不变，在物体之间发⽣相对运动之前，静摩擦⼒⼀直随外⼒——摩擦⼒的平衡⼒——同步变化，直到它的值等于，此即最⼤静摩擦⼒。
若外⼒继续增加，则物体开始滑动，摩擦⼒变为动摩擦⼒，由于⼀般来说，所以动摩擦⼒⽐静摩擦⼒⼩。
随着研究的深⼊，⼈们认识到，除了库伦模型描述的固体摩擦之外，还有很多不同类型的摩擦⼒，例如流体摩擦：粘性流体之间由于相对运动所导致的摩擦⼒；润滑摩擦：被流体隔开的固体之间的摩擦；⽪肤摩擦：流体在固体表⾯移动所造成的摩擦⼒。本⽂接下来只讲固体摩擦。
摩擦系数是确定的吗？根据库伦摩擦，摩擦系数决定了摩擦⼒与正压⼒的⽐例关系，那么它到底是什么东东？不同材料之间的摩擦系数不同。例如，钢上的冰摩擦系数低，⽽路⾯上的橡胶摩擦系数⾼。相同⾦属⾯之间的摩擦系数⼤于不同⾦属⾯之间的摩擦系数，例如，⻩铜与⻩铜之间的摩擦系数较⾼，但它与钢或铝之间的摩擦系数较⼩。
摩擦系数必须通过实验测量，不能通过计算找到。它⼀般⼩于1，但可⾮常接近零，还可取⼤于1的数。⼤多数固体材料之间的摩擦系数值在0.3和0.6之间。超出此范围的值较少，但例如聚四氟⼄烯——⼀种不粘锅涂层材料，其系数低于0.04。⽽⽯墨的摩擦系数甚⾄低⾄0.01——这决定了钥匙不好使时铅笔灰很管⽤。但像硅橡胶或丙烯酸橡胶涂层表⾯的摩擦系数可远⼤于1，所以成为汽⻋轮胎的最爱。
摩擦系数不是物质属性，因为它与温度，表⾯粗糙度等很多因素有关，所以摩擦系数实际上可看成⼀种系统属性。并且实际上，摩擦系数并不是⼀个严格的恒定值，它与接触时间有关。因为物体接触⾯的啮合程度会随压⼒作⽤⽽改变，这种改变并不是瞬间完成，⽽是需要时间来完成。如果压⼒在作⽤中途变化，接触⾯啮合程度也会变化。因此严格来说，摩擦系数与压⼒及其作⽤时间都有关。
设物体从零时刻开始接触，沿接触⾯切向的拉⼒随时间不断增加，但保持正压⼒不变，下图给出了这种情况下，某种材料之间的摩擦⼒随接触时间变化的情况。因此，上节图2中的那个摩擦⼒随外⼒变化的简单关系图只是⼀种理想情况，实际情况并不是那么简单。不过，⼤多数理论计算只需考虑理想情况即可，即根据阿蒙顿第⼀定律，认为摩擦系数是恒定的，动摩擦⼒随着压⼒增加⽽线性增加。
库伦模型100%靠谱吗？从微观尺度上看，之所以会产⽣固体摩擦⼒，是因为物体接触⾯是凹凸不平的。如下图所示，体系间的实际接触⾯积只是表⾯积的⼀⼩部分。如下图所示，接触⾯积随时间和压⼒的增加⽽增加，这会导致摩擦⼒增⼤。看到这⾥，是不是感觉摩擦⼒应该与接触⾯有关？要知道，接触⾯归根结底还是取决于正压⼒嘛！所以最⼤静摩擦⼒和动摩擦⼒仍然与正压⼒成正⽐。
因此，在⼀般情况下，如果仅考虑压⼒作⽤⾜够⻓的时间以后的情况，由于摩擦系数已经稳定了，所以简单通⽤的库伦模型总是与实际符合的很好。但不得不说，既然库伦模型只是⼀个经验模型，它肯定不总是对的！也就是说，最⼤静摩擦⼒和动摩擦⼒与正压⼒之间并⾮严格的正⽐例关系。
那么在什么情况下，库伦模型与实际偏差最厉害呢？你想想，什么情况下，压⼒⼏乎没有，却存在很⼤的抵抗相对运动的⼒？没错，胶布就是如此！因为有⼀种表⾯间的结合，导致摩擦⼒会很⼤。所以表⾯间的结合若很明显，摩擦⼒与接触⾯的⼤⼩有关，接触⾯越⼤，摩擦⼒越⼤。这当然不是库伦摩擦了。为了增⼤摩擦⼒，包装时要尽可能地在多个地⽅贴上胶布，就是这个道理。
当然，⼀旦粘上去了，由于胶会排空接触处的空⽓，所以⼤⽓压会产⽣很⼤的压⼒，结合就更加牢靠了！汽⻋贴膜，或者更典型的——⼿机的钢化膜就是通过胶来粘住的。钢化膜上⾯使⽤了⼀种两⾯胶，A⾯是OCA胶，俗称光学胶，其透光率极⾼（90%以上），且粘度⼤。
B⾯是硅胶，这种材料能通过物理上的范德华⼒和化学上的氢键作⽤吸附分离空⽓分⼦，所以它跟光滑平坦的物体表⾯贴合时，能⾃动排除⽓泡，让接触⾯形成真空状态，从⽽实现完美贴合。
当然，结合不⼀定要通过胶的帮助。例如下⾯这种情况，两块本来很轻但很硬的板叠在⼀起，假若它们接触⾯⽝⽛交错的对准并啮合，如下图所示，即使不加正压⼒，这个摩擦⼒也是很⼤的。越光滑摩擦⼒反⽽越⼤？实践中⼈们发现，两物体表⾯本来极为光滑，但⼀旦受⼒贴在⼀起，完了，完全合体了，摩擦⼒超级⼤导致⽆法分开！这种情况往往发⽣在⾦属材料之间，例如磨的⾮常光滑的不锈钢平板受到压⼒后会产⽣巨⼤的摩擦⼒。
你可能觉得很奇怪，为什么光滑表⾯之间也能产⽣摩擦⼒？简单的说，随着表⾯光滑度的增加，分⼦间的相互作⽤（范德华⼒）增加，形成分⼦级别的结合⼒，导致摩擦⼒增加。这是⼀种摩擦⼒的新学说——粘附说，⽽传统的摩擦⼒学说被称作凹凸啮合说。粘附说最早由英国物理学家德萨吉利埃于1734年提出的摩擦分⼦说发展⽽来的。他认为，接触⾯之间存在某种分⼦级别的微观⼒导致表⾯粘在⼀起。
现在看来，他基本上是对的。顺便说⼀句，导体和绝缘体这两个名词就是他发明的。摩擦的分⼦说在相当⻓的时间内是⾮主流的，因为它违反直觉，加上在相当⻓的时间内，实验上也没有进展。直到20世纪，随着表⾯加⼯技术和清洁⽔平的提⾼，德萨吉利埃的分⼦说才得以证实，并在此基础上发展成为现代粘附说。这⽅⾯地主要贡献由英国物理学家哈迪完成。他通过充分研磨和清洁的玻璃之间的摩擦证明，更光滑的表⾯可以产⽣更强的摩擦⼒。
这⾥⾯的⼀个关键证据来⾃于固体表⾯污染膜的作⽤。因为污染膜的厚度⼀般是⼏⼗个纳⽶级别，⽽固体表⾯的凸凹，就⽬前的加⼯技术来说，也差不多是这个⽔平，甚⾄更低。若凹凸啮合说是正确的，那么污染膜的清洁与否，不应该明显的影响摩擦⼒。但实际情况是，清洁掉污染膜之后，摩擦⼒极⼤的增强了！这只能说明，在未清洁污染膜时，它阻隔了接触⾯上分⼦之间的作⽤，当膜去掉之后，这个作⽤⼤⼤增强，导致摩擦⼒明显增强。
故此，现代对于摩擦的机制普遍是基于分⼦级的作⽤⽽建⽴起来的粘附说。
不过，对于⼤多数情况下的固体摩擦来说，“粗糙”是指存在摩擦⼒，⽽“光滑”⼀词仍然是指摩擦系数趋于零的情况，这是⼀种习惯说法。版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载⾄微信以外的平台！⽂章转载⾃“物含妙理”，仅代表作者观点，不代表科学⼤院⽴场。