摩擦 (friction) 可定義為作用於一物體上以防止該物體在另一物體上或表面滑動而產生的阻力，此力與接觸面相切，且與運動或有運動趨勢的方向相反。

摩擦一般區分為兩種型態：流體摩擦是指接觸面間有流體的薄膜存在(如氣體或液體)，流體摩擦的性質，因涉及流體的速度及其阻尼剪力大小等方面的知識，放在流體力學中介紹。本章僅就乾摩擦 (dry friction) 加以討論，此類摩擦亦稱為庫倫摩擦，係由庫倫 (C. A. Coulomb) 於1781年推演而得。簡言之，乾摩擦即接觸面間無潤滑流體存在。

乾摩擦原理  為了說明乾摩擦，我們把重 W 的物體置於水平的粗糙面上，並施加水平拉力，如下圖(a)所示。接觸面的部分可視為非剛體，其餘部分仍然視為剛體。作此物體之自由體圖，下圖(b)，地板沿著接觸面施加分佈的向力 DN_n 及摩擦力 DF_n 於物體上。為了達成平衡，此正向力必須向上，且與物重 W 平衡；摩擦力必須向左以抵抗外力 P 使物體向右運動。將地板與物體的接觸面放大，即可了解正向力與摩擦力產生的原因。如下圖(c)所示，兩不規則的接觸面及各接觸點的反作用力之合力，其分力即為摩擦力 DF_n 與正向力 DN_n。

平衡    為了分析方便，將分佈的正向力與摩擦力以其合力 N 及 F 表示，分別作用於下圖(d)的自由體圖上。由上圖(b)得知 F 必須與接觸面相切且與 P 反向；而正向力 N 的方向向上並與物重 W 成平衡，同時正向力的作用線如下圖(d)所示，在 W 的作用線右側 x 處 (此作用點即上圖(b)負載圖形的形心)，與 P 達成平衡，而不使體產生傾倒。例如，若 P 作用於高度 h 處，為使對 O 點之力矩呈平衡，Wx = Ph 或 x = Ph/W。若 x = a/2，則物體即將傾倒。

臨界運動    若 h 很小，或者接觸面不夠粗糙，摩擦力 F 不足與 P 達成平衡，則物體在傾倒之前先產生滑動。換言之，即 P 逐漸增大，F 亦隨之增大，直到最大值 F_s，稱之為極限靜摩擦力 (limiting static frictional force)，如上圖(e)所示。此時物體呈現不穩定平衡，若 P 再增大，使得接觸點發生變形及破裂，而物體產生運動。由實驗得知，極限靜摩擦力 F_s 的大小與正向力 N 的大小成正比，可表示成

F_s = m_sN 

其中比例常數 m_s 稱之為靜摩擦係數 (coefficient of static friction)。

除了此處說明機械式作用外，更詳細的處理摩擦力的問題，必須包括接觸面間的溫度、密度、清潔、以及原子或分子的吸引力等。

        一些典型的 m_s 值列於表 1，亦可在許多工程師手冊中查得。一般而言，m_s 值小於 1，亦有例外，如鋁與鋁接觸，其值 m_s 大於 1，此表示摩擦力比正向力大。再者 m_s 值無單位，且僅與接觸面間之性質有關。由於實驗過程中接面的粗糙度、清潔度的不同，使得 m_s 呈現不同的值，故使用 m_s 值時，必須充分了解造成摩擦之確實情形。若希望得到正確的 F_s，可藉由實驗獲得兩物體間之 m_s 值。

表 1  典型的 m_s 值

運動    若作用力 P 繼續加大，並大於 F_s 時，摩擦力將略微減少成 F_k，稱之為動摩擦力 (kinetic frictional force)。物體不再維持平衡 (P > F_k) 而開始加速的運動，如下圖(f)所示。可藉由觀察下圖(g)接觸點的情況來說明 F_s 減少成 F_k 的原因，當 P > F_s 時，P 足以剪去接觸面的突起部分，使物體上移至突起的頂端。在物體開始滑動時，接觸點產生局部的高溫，使接觸點結合 (焊合)，持續剪斷此接觸點焊合為造成摩擦的主因。因此 DR_n 在正向力的方向比上圖(c)的大小略增，而摩擦力分量 DF_n 則略減。

由實驗得知滑動中的物體其摩擦力 F_k 的大小與正向力 N 的大小成正比，可表示成

F_k = m_kN

其中比例常數 m_k 稱之為動摩擦係數 (coefficient of kinetic friction)。典型的 m_k 值約比表 1 所列的 m_s 值小25%。

以上對摩擦的敘述可藉由下圖 F 與作用力 P 之變化情形作個說明。摩擦分為三部分：在平衡時 F 為靜摩擦力，若 F 達到平衡的最大值 F_s 時為極限靜摩擦力，開始滑動後 F 為 F_k 即動摩擦力。圖中亦顯示 P 值很大時，或物體以高速運動時，由於空氣動力的效應，則 F_k 即 m_k 會略為減小。

乾摩擦的特性    有前述的摩擦實驗結果，可歸納成下列的乾摩擦定律：

1.       摩擦力與接觸表面相切，並作用在相對運動或有運動趨勢的反方向上。

2.       只要正向力不致大到使物體的接觸面發生嚴重的變形，則所產生的最大靜摩擦力F_s與接觸面積的大小無關。

3.       對任何兩接觸面，最大靜摩擦力的大小比動摩擦力大，但物體以極慢的速度在另一表面上移動時，F_k 大約等於 F_s，即 m_s » m_k。

4.       當接觸點即將發生滑動時，最大靜摩擦力的大小與正力成正比，即 F_s = m_sN。

5.       接觸點已產生滑動時，摩擦力的大小與正向力成正比，即 F_k = m_kN。

摩擦角    上兩式應用於摩擦問題有其限制條件，當物體的接觸面有相對運動時，使用 F_k = m_kN。若物體呈靜止狀態時，F 不一定等於 m_sN，而是 F £ m_sN，只有在物體即將產生運動，F 達到最大值，即 F = F_s=m_sN。此現象可藉由下圖(a)加以說明，物體受 P 之作用，當 P = F_s時，物體呈現臨界運動的狀態，為了達到平衡，正向力 N 摩擦力 F_s 之合力為 R_s， R_s與 N 所成的夾角稱為靜摩擦角 (angle of static friction)，由圖得知

若物體並未運動，則水平力 P < F_s，合力 R 之作用線與垂直線間的夾角 f £ f_s。若 P 使物體產生等速運，即 P = F_k，合力 R_k 之作用線與垂直線之夾角 f_k 稱之為動摩擦角 (angle of kinetic friction)，如上圖(b)所示，即

比較得知，f_s ³ f_k。