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这三条定律都来源于经验的积累,不是基于原始物理图像推导出来的。后来人们也发现很多实际情况都和这些定律不相符,但是它们仍然是有用的。一直以来,科学家也不满足这种粗糙的经验公式,他们希望了解摩擦的本质是什么,得到更加精确的可量化定律。最早人们从坑洼的道路推想,物体表面可能也是坑洼的,只是这种凹凸更加细微,肉眼看不出来。物体互相接触,这些凹凸就互相阻碍,宏观上体现出来就是摩擦力?因此摩擦学里引入了“粗糙度”的概念,粗糙度越大,摩擦系数就越大。这当然是摩擦力的来源之一,当然这太简单了,一个中学生就能想到,但是微观世界远非我们想象的那么简单,我们还是要观察的更细微一点,要建立更加贴近实际的物理图像。显微技术发展起来以后,也可以更好的帮助我们验证这些物理图像。
我们要了解摩擦,就必须先认识物体的表面究竟是什么结构。现在我们知道,物质的表面是一个很复杂的多层结构,根据不同的形成机理,可以把分为六层:基底材料、变形层、贝氏层、化学反应层、化学吸附层、物理吸附层,我们接下来一层一层的说。
物体表面的坑洼形成了粗糙度,宏观上表现为摩擦系数。
基底材料,就是基本的物质结构。变形层:材料表面成形的过程一般会经过磨削、挤压、抛光等等过程,这些残余的应力释放以后会影响材料的稳定性,所以会引起材料结构的变形。这种变形会从基底往外逐渐加重,现在可以用扫描电镜来看。贝氏层,这是一层表面分子产生流动之后通过淬火工艺,然后硬化沉积的一层,属于非晶体或者是微晶结构。这一层大约厚1-100nm。化学反应层:除了黄金、白金等贵金属,几乎所有的金属、合金以及硅等非金属都会被空气中的氧气氧化,镁铝的氧化膜就属于这一层。这一层大约厚10-100nm。再往上是化学吸附层,跟化学反应层的区别是:化学反应层的物质是发生化学反应后形成的新物质,吸附层里的化学物质仍然保持自己的化学性质,一般它们是单分子层。化学吸附层的化学物质一般通过共价键、氢键和材料表面发生吸附。最外层是物理吸附层,这一层的物质可能很厚,是一个多分子层,通过范德华力吸附。在材料学上,区分化学吸附层和物理吸附层是通过吸附热来判定的,化学吸附热比物理吸附热大很多,因为前者发生了电子交换,后者没有。所以,两个物体发生接触,实际上是两个千层汉堡在接触啊!
物体的表面和这个汉堡类似,请忽略我的爪子。