摩擦力是相接觸的兩物體間抗拒相對運動的力.
摩擦力同時作用在相接觸的兩物體, 其大小相等, 方向相反, 都是抗拒相對運動的方向.
若兩相接觸物體間無相對運動, 此為靜摩擦.
靜摩擦力=平行施力, 平行施力越大摩擦力就越大.
若兩相接觸物體間有相對運動, 則稱動摩擦.
動摩擦力=動摩擦係數x正向施力, 與平行施力大小無關.
一般摩擦力對平行施力的關係如下圖.
上述基本觀念可以解釋很多摩擦力的現象.
但要用這些基本原理來解釋單車前進的力學時, 卻似乎處處碰壁.
所以對摩擦力需要多一些認識才行.
# 施力與淨力
所有的外力(包括重力)總合淨力可分解為接觸面的正向分力與平行分力.
這裡的施力是單指外力的平行分力.
靜摩擦力=外力的平行分力=施力, 相互抵消平衡, 淨力=0.
動摩擦力=外力的正向分力x 動摩擦係數, 施力不等於動摩擦力, 存在淨力.
淨力產生加速度, 改變相對運動.
# 摩擦力的方向
動摩擦時, "抗拒"相對運動的方向即摩擦力的方向.
靜摩擦時, "抗拒"施力的方向即摩擦力的方向.
# 能量
靜摩擦有力無位移, 可視為單純力的互相作用和傳遞, 無損耗.
動摩擦有力有位移, 不僅有力的互相作用, 而且有能量損耗在接觸面.
# 作用時間
靜摩擦力為對抗施力而產生, 無相對運動且施力存在時, 靜摩擦力就存在.
動摩擦力為對抗相對運動而產生, 相對運動存在時, 動摩擦力就存在.
## 動摩擦的動態平衡
動摩擦時施力大於動摩擦力, 所以有淨力存在.
淨力產生加速度, 使速度越來越快.
然後呢?
即使忽略其它阻力, 實際上速度也不會無限增加.
因為現實中, 輸入功率=施力x速度, 有其限制.
速度變大, 施力就要變小, 然後加速度變小, 速度增加變小…
最後就平衡啦.
平衡時, 速度會較高, 但是施力=動摩擦力.
此時無淨力無加速, 輸入功率=損耗.
## 動摩擦轉為靜摩擦
靜摩擦時, 增加施力超過最大靜摩擦力, 會轉為動摩擦.
動摩擦時, 減少施力低於最大靜摩擦力, 並不會馬上轉為靜摩擦.
因為原本的相對運動不會馬上停止, 動摩擦狀態不會馬上轉變為靜摩擦.
即使施力小於最大靜摩擦力, 但若仍大於等於動摩擦力, 動摩擦並不會轉為靜摩擦.
只有在施力小於動摩擦力時, 其”負”淨力產生的負加速度才能減低相對速度.
當相對速度降至零時, 轉為靜摩擦, 施力=靜摩擦力, 無淨力無加速.
## 修正摩擦力對施力的關係圖
靜摩擦與動摩擦轉換的過程並非可逆.
所以我們必須修正摩擦力對施力的關係圖.
但是從修正圖中仍無法看出到底施力多少才能將動摩擦轉為靜摩擦.
只能說施力<動摩擦力都有可能, 差別在於得花多少時間才能將速度降至0.
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