1.3現代世界的機械摩擦
深入研究曆史書籍，我們可以了解到，數千年前埃及人就已經意識到，像水和油這樣的潤滑劑有助於減少在建造金字塔時移動沉重石頭的雪橇的摩擦。
列奧納多·達·芬奇(1452-1519)是第一個係統研究滑動摩擦的人。要在桌子上移動一塊木頭，就必須拉動它。木塊越大，你需要拉的就越多。500多年前，當他係統地研究這個看似簡單的關係時，他發現了滑動摩擦的基本定律。
早在1493年，達·文斯就理解了摩擦的兩個基本原理:他觀察到作用在兩個滑動表麵之間的摩擦力與將兩個滑動表麵壓在一起的載荷成正比;並且這種摩擦與兩個表麵之間的表觀接觸麵積無關(見:穿，《列奧納多·達·芬奇對摩擦的研究》）.
今天，這些摩擦定律被歸功於法國物理學家紀堯姆·阿蒙頓(1663-1705)，他在達·芬奇200年後提出了這些定律。
法國物理學家查爾斯-奧古斯丁·德·庫侖(1736-1806)也做過類似的觀察，他因發明了現在被稱為庫侖定律，描述靜電力的吸引力和排斥力。
第一個可靠的摩擦磨損測試是由英國化學家查爾斯·哈切特(Charles Hatchett, 1765-1847)進行的，他用一個簡單的往複式機器來評估金幣的磨損。他發現，中間有磨砂的硬幣磨損速度比沒有磨砂的快。
這一科學分支的發展——今天叫做摩擦學-是摩擦、潤滑和磨損的科學技術，源自希臘語斯巴達袍意義我擦．
摩擦學適用於所有長度尺度。的相對較新的領域nanotribology將摩擦和磨損過程的研究擴展到納米尺度。
領域biotribology旨在探索生物摩擦係統的摩擦、粘附、潤滑和磨損(正如我們在《自然》雜誌上看到的上麵的摩擦設計例子)，並將這種受生物啟發的知識應用於創新技術。
然而，考慮到過去500年進行的所有這些科學探索，納米尺度下摩擦的精確機製仍然沒有完全被理解。事實證明，似乎沒有一個適用於解釋研究人員實驗的所有不同材料和長度尺度下的摩擦的通用模型。
這是因為摩擦的宏觀行為是作用在不同尺度的接觸表麵上的許多微觀相互作用的結果。
摩擦不僅是一種物理現象，它還會造成巨大的經濟成本:摩擦是能量耗散的主要來源(即摩擦導致的能量損失，通常以熱汙染的形式出現)，這代表了能源的浪費。當馬達發熱時，那是摩擦在起作用。
摩擦消耗的能源占世界能源消耗的20% - 30% !潤滑可以減少摩擦的影響，但當然，潤滑劑也是一個成本因素。
摩擦的另一個重要成本因素是通過磨損引起的材料劣化，這會導致工作機器部件之間的漸進損壞。
在現代社會中，不受歡迎的摩擦(即太多)的代價確實令人震驚。以汽車為例:高達三分之一的汽油能量被用於克服發動機、變速器、輪胎和製動器的摩擦。
平均而言，一輛乘用車每年僅為了克服摩擦就要消耗340升燃料。那輛車一動也沒動。如果你把世界上所有汽車的摩擦效應加起來，超過2000億升(200,000,000,000)燃料(汽油和柴油)被用來克服這種摩擦(見:摩擦學國際，“乘用車摩擦導致的全球能源消耗”）.
另一個例子是在海上航行的約9萬艘遠洋貨船使用的大量燃料(國際航運使用約3億公噸燃料，估計占所有氣候變化排放的3.5%至4%)。航運中的大部分能量都用來克服水中的表麵摩擦。因此，減少水下摩擦阻力的有效方法可以顯著降低海洋燃料消耗，從而使航運業更加高效和環保。
1.4潤滑劑的作用
我們使用潤滑劑來減少機器運動部件的摩擦，減少磨損和能源浪費。潤滑劑是一種被引入兩個運動表麵之間以減少摩擦和磨損的物質。
帶水。水是一種很好的潤滑劑，“潮濕的地板”標誌就證明了這一點，警告你要格外小心。水在機械中不用作潤滑劑的原因之一是它蒸發得很快。
潤滑劑還可以起到溶解或運輸外來顆粒、帶走汙染物和碎片、防止腐蝕或生鏽、密封間隙和散熱的作用。
一般來說，潤滑劑有三類:液體、固體(幹)和氣體。
幾乎所有用於汽車(發動機油和傳動油)和製造(液壓油和齒輪油)行業的潤滑油都是以油或潤滑脂為基礎的。
固體潤滑劑包括油脂和粉末。一些常見的粉末潤滑劑材料是石墨，二硫化鉬(MoS2)、二硫化鎢(WS .2)和二氧化鈦(TiO2)，部分為納米級。固體潤滑劑提供的潤滑溫度(高達350°C)高於許多液體和油基潤滑劑所能承受的溫度。固體潤滑劑，如聚四氟乙烯，通常用作塗層，以提供不粘表麵。
氣體潤滑劑的粘度(厚度)比液體或固體潤滑劑低得多。與液體或固體潤滑劑相比，它們還表現出較低的熱容量和較高的壓縮性。氣體潤滑劑的一些例子是空氣、技術氣體、蒸汽或liquidñmetal蒸汽。
有時，在潤滑劑中添加添加劑以提高其性能。
在數百萬年的進化過程中，大自然以水為基礎，以生物分子為添加劑，製造出了潤滑係統。一般來說，這些天然潤滑劑遠遠超過大多數人造設備中最好的油基潤滑劑。
即使在今天，研究人員也遠不能複製大自然的潤滑配方。
科學筆記:摩擦基礎
關鍵的外賣
•摩擦有四種類型:靜摩擦、滑動摩擦、滾動摩擦和流體摩擦。
•摩擦不僅是一種物理現象，它還會造成巨大的經濟成本，是化石燃料的主要使用。
•進化過程導致了動物和植物用來增加或減少摩擦的各種設計。
•納米摩擦學將摩擦和磨損過程的研究擴展到納米尺度。
詞彙表
•附著力:當兩個表麵之間的摩擦力非常大，從而產生了結合力時。
•摩擦學:摩擦、磨損、潤滑、軸承設計的科學技術;相對運動的相互作用表麵的科學
•動摩擦:也被稱為滑動摩擦或移動摩擦，這是兩個相對運動的物體之間的相反力的量。
•靜態摩擦當物體靜止在一個表麵上時作用於物體。
•滑動摩擦當物體在表麵上滑動時作用於物體。
•滾動摩擦當物體在表麵上滾動時作用於物體。
•流體摩擦作用於在流體中移動的物體。
•摩擦係數:摩擦與外加載荷之比。