En physique, le frottement (ou friction) est une interaction qui s'oppose au mouvement relatif entre deux systèmes en contact. Le frottement peut être étudié au même titre que les autres types de force ou de couple. Son action est caractérisée par une norme et une orientation, ce qui en fait un vecteur. L'orientation de la force (ou du couple) de frottement créé sur un corps est opposée au déplacement de ce corps. La science qui étudie le frottement entre solides est la tribologie.

La tribologie est complexe par le fait que le frottement n'est pas dû à une interaction élémentaire, mais résulte de causes diverses, principalement des forces électromagnétiques et de l'interaction d'échange entre les atomes des surfaces en contact. Ces mêmes forces sont également en jeu dans l'adhérence, qui s'oppose à la création d'un mouvement, qui pour cette raison peut être étudiée conjointement.

Historique

L'omniprésence des frottements a longtemps conduit à ce qu'ils ne soient pas considérés comme des interactions mais comme des caractéristiques fondamentales de la nature. Ainsi, dans la physique aristotélicienne, on considérait que les objets ne pouvaient maintenir leur mouvement que si une force continuait à s'exercer sur eux. L'observation des mouvements astronomiques, pour lesquels l'influence des frottements est négligeable, amène à la remise en cause de cette physique et à l'établissement de la mécanique newtonienne.

Précurseur de l'étude du frottement, Léonard de Vinci en étudie les principes et élabore, en 1508, deux énoncés.

Le premier stipule que la force de frottement est proportionnelle à la charge, la charge signifiant ici la force qui comprime l'une contre l'autre les deux surfaces. Le second énoncé mentionne que la force de frottement est indépendante de l'aire de contact.

En 1699, Guillaume Amontons tire les mêmes conclusions que de Vinci et fait une troisième découverte : le frottement ne dépend pas de la vitesse.

Caractéristiques physiques

On distingue deux principaux types de frottements:

Frottement sec

Le frottement s'oppose au mouvement relatif entre les deux corps.

Le frottement sec est indépendant de la vitesse de glissement. Il se décompose en deux situations issues de la loi de Coulomb.

Frottement sec statique

Le frottement statique est une force (ou un couple) qui tend à garder un corps en état statique.

Lorsqu'une force est appliquée sur un objet reposant sur une surface (considérée comme immobile), la composante de cette force qui est parallèle à la surface est compensée par une force de frottement statique opposée, qui maintient l'objet immobile pour autant que la composante parallèle de la force appliquée ne dépasse pas une valeur maximale. L'observation expérimentale montre que, en première approximation, cette valeur maximale ne dépend que du poids apparent du corps et d'un coefficient de frottement statique, mais pas de l'aire de contact. Le coefficient de frottement statique, lui, dépend de la nature des surfaces en contact.

Mathématiquement, le frottement statique est opposé à la composante tangentielle de la force appliquée, et son intensité est inférieure ou égale au coefficient de frottement statique multiplié par le poids apparent  :

Dès que la force tangentielle dépasse la valeur maximale du frottement statique, l'objet se met à glisser, entraîné par la force appliquée.  

Le même raisonnement peut se transposer dans le cas de couple de frottement.

Frottement sec cinétique (ou dynamique)

Lorsqu'un objet glisse sur une surface, la force de frottement est appelée frottement cinétique. Ce frottement tend à ralentir l'objet. L'observation expérimentale montre que, en première approximation, l'intensité du frottement cinétique varie en fonction du poids apparent de l'objet et du coefficient de frottement cinétique, mais pas de l'aire de contact ni de la vitesse. Le coefficient de frottement cinétique, tout comme le coefficient de frottement statique, varie selon le type de matériaux en contact.

Mathématiquement, le frottement cinétique n'est plus nécessairement opposé à la composante tangentielle de la force appliquée (qui peut d'ailleurs devenir nulle), mais est opposé à la vitesse de l'objet, et son intensité est égale au coefficient de frottement cinétique multiplié par le poids apparent .

Le même raisonnement peut se transposer dans le cas de couple de frottement.

Frottement visqueux

Un frottement visqueux est une force (ou un couple) de frottement qui dépend de la vitesse relative des deux corps en mouvement. Il s'exprime différemment selon qu'il s'agisse du contact entre deux solides lubrifiés ou du déplacement d'un corps dans un milieu fluide.

Frottement visqueux de lubrification

Étant données deux surfaces séparées par un liquide visqueux, le frottement suit une loi de Stribeck

Courbe de Stribeck

Frottement aérodynamique ou traînée

La traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz

Aire de contact réelle

Les irrégularités des surfaces sont à la source du frottement.

Dans l'étude du frottement, il importe de distinguer l'aire réelle de contact de l'aire apparente de contact. Ainsi, même les objets polis, qui semblent parfaitement lisses, présentent de minimes irrégularités. Les plus haut points de ces irrégularités, les aspérités, représentent souvent une très faible proportion de la surface totale. C'est cette petite partie, appelée aire de contact réelle, qui est véritablement en contact avec une autre surface et qui cause le frottement, et non l'aire totale de la face du corps, soit l'aire de contact apparente.

Exemples

Les frottements interviennent dans la grande majorité des phénomènes physiques de la vie courante. Ils sont parfois exploités (par exemple pour le freinage, le sciage, le polissage, le lavage, etc.), mais ils ont également des conséquences fâcheuses (usure, perte d'énergie et de rendement, échauffement, etc.) pour les êtres vivants et de nombreuses applications technologiques et économiques.

摩擦力的产生

摩擦力（英语：friction）指两个表面接触的物体相对滑动时抵制它们的相对移动的力，是经典力学的一个名词。广义地，物体在液体和气体中运动时也受到摩擦力

摩擦力的成因：

一物体在另一物体表面上滑动或将要滑动时，两物体在接触面上会产生【阻止相对运动】的作用力，这种作用力称为摩擦力。

物体在【静止】或【运动】状态，均可能在接触面上产生摩擦力。

摩擦力与物体『相对运动』的方向【相反】

概述

摩擦力与相互摩擦的物体有关，因此物理学中对摩擦力所做出的描述不一般化，也不像对其它力那样精确。事实上，只有在忽略摩擦力的情况下人们才能引出力学中的基本定律。 摩擦力来源于两个物体接触面间的附着力，但摩擦力大小与接触面积大小几乎无关。 摩擦力内最大的区分是静摩擦力与其它摩擦力之间的区别。有人认为静摩擦力实际上不应该算作摩擦力。其它的摩擦力都与耗散有关：它使得相互摩擦的物体的相对速度降低，将机械能转化为热能并提高熵。 固体表面之间的摩擦力分滑动摩擦、滚动摩擦、滚压摩擦和转动摩擦。在工程技术中人们使用润滑剂来降低摩擦。假如相互摩擦的两个表面被一层液体隔离，那幺它们之间可以产生液体摩擦，假如液体的隔离不彻底的话，那幺也可能产生混合摩擦。 假如润滑剂、液体或气体沿一个固体表面流动，其流速会受摩擦力的影响而降低。固体表面的构造对这个摩擦力的影响比较小，最主要的是流体的横截面面积。其原因是不仅在流体与固体的交面有摩擦力，流体内部不同的层之间也有内部摩擦，流体离固体表面的距离不同，其流速也不同。 一个相对于一个流体运动的物体受到阻力。这个阻力与它的运动方向相反，但是有例外，也就是摩擦力和运动方向相同，例如:走路。人在走路必须要有摩擦力，当脚往前走时有摩擦力把你往前推，人才能从静止转换成运动，如果运动方向和摩擦力相反，人就不能走路了。在层流的情况下这个阻力与它的速度成比例，在紊流中这个阻力与它的速度的平方成比例。有时一个物体同时受到阻力和摩擦力，比如一辆汽车在运动时既受到空气的阻力也受到其轮胎的滚动摩擦。

固体表面之间的摩擦力

固体表面之间的摩擦力的来因有两个：固体表面原子、分子之间相互的吸引力（化学键重组的能量需求，胶力）和它们之间的表面粗糙所造成的互相之间卡住的阻力。 滑动摩擦 滑动摩擦力总是比最大静摩擦力要小。它由垂直于摩擦面的力FN和滑动摩擦系数µ决定，它与滑动面之间的相对速度和面积无关。摩擦因数由滑动面的物质、粗糙度和（可能存在的）润滑剂所决定。 滑动摩擦力可以做正功也可以做负功，取决于滑动摩擦力的方向与物体对参考系的位移之间的夹角。滑动摩擦力作用所产生的内能（通常表现为温度升高）则为滑动摩擦力与两物体相对的位移的乘积。 滚动摩擦 假如一个物体在一个平面上滚动的话，那幺它会受到滚动摩擦。假如滚动的物体与平面之间的摩擦力等于施加于该物体上的其它所有合力矩的话，那幺它的运动是一个纯的滚动运动，其中没有滑动的部分。 由于纯的滚动运动物体与接触面相对静止，这一点在力的方向上没有位移，所以滚动摩擦力不做功。 滚压摩擦 假如滚动运动和滑动运动同时存在，那幺这种混合摩擦也被称为滚压摩擦。 这时，摩擦力可以作正功也可以做负功，并通过相对摩擦产生内能。 转动摩擦 一个球沿其垂直于一个平面的轴转动时所产生的摩擦力被称为转动摩擦，它与转动运动的力矩T(τ)有关： in cm

减小有害摩擦的方式

在工程技术中人们往往通过施加润滑剂或使用轴承的方法来减少摩擦，研究这个问题的科学称为摩擦学，它是机械制造的一个分科学。 固体摩擦 两个固体面互相摩擦。假如两个固体面的材料选择不当或它们之间相互施加的压力非常大的话，那幺固体摩擦就会造成磨损。在不使用润滑剂或润滑剂失效的情况下会造成固体摩擦。 混合摩擦 在润滑剂不够或运动的开始会出现混合摩擦。这时摩擦面部分地区会直接接触。混合摩擦造成的磨损比固体摩擦要小。在长时间运行的状态下应该避免混合摩擦，但往往在技术工程中混合摩擦被容忍。 液体摩擦 假如两个运动面之间有一层完整的润滑剂的话，那幺它们之间的摩擦是液体摩擦，两个运动面不直接接触。虽然如此通过运动面与润滑剂的分子之间的摩擦依然会有很小的磨损。

内部摩擦

内部摩擦是物质内部的原子或分子相互运动所造成的能量损失。由于外部力的作用所造成的不同部位的粒子的加速度的不同可以造成（比如液体）内部的相对运动。内部摩擦的大小与物质的粘性有关。 不像固体表面的摩擦那样含糊，内部摩擦可以通过统计力学的方式相当精确地计算出来。在力学中一般人们在计算时尽量省略摩擦所造成的损失，在流体力学中内部摩擦是理论中的一个内在部分，它可以由纳维-斯托克斯方程来计算。 流变学是研究复杂的流体（比如悬浮液或高分子化合物）的学科。在这些液体中的内部摩擦非常复杂，线性的纳维-斯托克斯方程不能用来描写它了。