和大多數(shù)人想象的不同，摩擦力的機理至今為止沒有一個足夠好的理論來解釋，雖然存在大量的不同摩擦理論，但是都存在不同程度的問題。不過這不影響工業(yè)界使用一些近似的理論進行工程上的開發(fā)，但是在科學上，就目前所了解到的情況來看，這應該還是一個待解決的問題。

對于宏觀的，具有屈服強度的非粘性材料(通常就是金屬)，在界面上沒有介質影響的情況下的摩擦(干摩擦)在實驗上大致的有這么幾條規(guī)律，其中有三條是我們在高中學過的：

①.靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)

②.摩擦系數(shù)與接觸面積無關

③.摩擦力大小與滑動速度無關

還有我們沒見過的三條：

①.靜止接觸時間越長,靜摩擦系數(shù)越大

②.滑動摩擦不是連續(xù)發(fā)生而且存在躍動

③.靜摩擦存在一個預位移(發(fā)生靜摩擦時會產生一個微小的位移)

這其中，第三條我們在日常生活中是無法觀察到的，第一條很少能直觀的觀察到(因為生活中很少有滿足要求的金屬物品)，而第二條則很常見：用一支粉筆,把底面磨平，在一個光滑表面直立摩擦，就能聽見響亮的嘯叫，這就和躍動有關；又比如汽車剎車的時候，也能聽見來自摩擦躍動的嘯叫。

為了讓非專業(yè)的更好理解，我覺得還是有必要解釋一下“嘯叫”。

在一些情況下（比如之前解釋的金屬摩擦），摩擦系數(shù)并不是同速度無關，而是關于速度的函數(shù)，并且是關于速度遞減的。為了分析這個問題，我們使用如下圖的模型：

一個點勻速運動，通過一個帶阻尼的彈簧拉動一個水平面上的物塊，物塊與水平面間產生摩擦。

首先我們來不嚴謹?shù)亩ㄐ缘姆治龅囊幌逻@個模型。顯然這個模型中，存在一個平衡點，即物塊運動速度為v1時，同時物塊受力為零。關鍵在于這個點是不是穩(wěn)定平衡的。假設彈簧的長度比平衡位置短了一點，那么物塊的摩擦力就大于了拉力，物體開始減速，同時由于u(v)是減的，所以對應u會變大，從而摩擦力變的更大；反之，如果彈簧長了一點，那么物體速度開始加快，摩擦力開始減小。這兩種效應都使得物體在從偏離平衡位置的點回復時，能夠獲得能量，使這種偏離加大。如果這個效應足夠強，這么一個模型中的物體完全可能會發(fā)生自激振蕩。

嚴格的說明還是需要計算。為了簡化形式，在與地面相對速度為v1的參考系里處理，有運動方程：

再對泰拉展開，只取一階導數(shù)項有

通過平移參考系可以把其中的常數(shù)項u(v1)消去，所以最終得到一個常系數(shù)齊次二階常微分方程：

熟悉該方程的人很容易就會發(fā)現(xiàn)，當

時，該方程的解是一個遞增的指數(shù)函數(shù)乘以一個正弦函數(shù)，也就是說是一個振幅增加的振動?；蛘吣悴皇煜み@個方程，也沒有關系，你可以看出

對應彈簧振子的阻尼項，如果這一項是負的，那么這個體系就從一個耗散結構變成了有能量輸入的結構。

也就是說，一個具有彈性的結構發(fā)生摩擦時，如果摩擦力隨速度增大而減小，那么摩擦力就能把能量供應到這個結構的震蕩中，滿足合適的條件的時候，這個體系就能發(fā)生自激振蕩，如果這個振蕩頻率剛好在可聽域里，就可能聽見嘯叫。

前面也提到了，為了解釋摩擦現(xiàn)象，存在著大量的摩擦理論，我們這里只簡要介紹同以上六條實驗規(guī)律相關的幾種常見的摩擦理論。

首先是上面答主提到的機械嚙合理論，這也是一般高中老師會提到的理論，這種理論認為是材料表面的粗糙不平導致了摩擦的存在，具體的說，是由于材料表面凸起與凹陷的耦合，碰撞，以及經(jīng)常提到的犁溝效應，即材料表面的凸起引起對面表面的凹陷，產生力的作用。

這是最好理解的理論了。然而這個理論的問題當然也是非常多的，最致命的打擊是，根據(jù)這個理論,越光滑的表面摩擦系數(shù)小，然而正如上面的答主提到的一樣，兩個極度光滑的金屬表面反而會使摩擦力增加，同樣的，這個理論很難解釋預位移，躍動，還有靜摩擦系數(shù)隨時間增加等問題。

在對分子間作用力有一定了解之后，人們提出了分子作用理論，該理論的基本想法是固體間接觸的部分存在分子間作用力，當表面滑動的時候，分子直接接觸分離，前后的勢能差導致了摩擦力的存在。

分析模型可以知道，該摩擦力大小與分子分離數(shù)成正比，與分離能成正比，從而與接觸面積成正比。因為分子分離能對位置高度敏感，可猜測摩擦力與壓力基本無關。

根據(jù)該模型的預測，摩擦力與接觸面積成正比,與粗糙程度成負相關,與壓力基本無關。很顯然這個模型和上面的六個實驗現(xiàn)象并不符合。

1945年提出的粘著摩擦模型結合了上面兩種理論(這個時候相對論和量子力學都建立很久了)，要點如下：

#接觸面表面處于屈服狀態(tài)

也就是說，由于表面粗糙，接觸面很小,接觸壓強很大，那么直接假設接觸點屈服，是合理的，此時接觸點壓強就等于屈服壓強，可知接觸面積與壓力成正比。

這里就解決了分子作用模型對摩擦力與摩擦面積和壓力預言與實驗結果的矛盾問題了。

#滑動摩擦中存在粘著和滑動的交替作用

動摩擦過程中由于接觸點放熱等原因,會發(fā)生接觸點粘著(可以理解成焊接在一起),隨后又會因為摩擦力使得接觸點剪切形變,開始滑動,從而形成動摩擦的躍動現(xiàn)象。

#摩擦力由包括粘著與犁溝效應在內的多種效應疊加形成的

即使假設了接觸位置屈服,犁溝效應仍然是存在的,并且與兩個接觸面的強度有關。

實際上，通過這個模型,可以推導出兩個強度不同的金屬之間的摩擦因數(shù),如果忽略犁溝效應，可以直接推導出摩擦系數(shù)等于剪切屈服壓強/受壓屈服壓強.

這個模型依然有問題,這樣推導出的摩擦系數(shù)與實驗結果符合的并不夠好。接下來的修正是對接觸部分的狀態(tài)做修正，接觸的位置并不都平行于摩擦力的，如果有傾斜(如機械耦合理論描述的一樣)那么上面的計算就不正確，修正之后結果與實驗吻合的更好一些。修正后的模型稱為修正粘著模型

到這里題主的問題就在很小的范圍內被解答了，對于以上所以簡化條件適用的情況下,同時考慮機械作用和分子粘著的修正粘著模型基本可以解釋在這種情況下摩擦力產生的原因.更多的模型需要一本很厚的專著才能介紹完，并且正如我最開始提到的,這個問題,某種程度上仍然是一個未解之謎。這真的是一件非常有趣的事情，人類的科技發(fā)展的如此迅速，然而到今天我們沒有這種隨處可見的力的一個良好模型。

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