登陆注册
10207100000014

第14章 变化多端——摩擦力

在日常生活中,摩擦力是比较常见的一种力,与我们的生活息息相关。当一个人行走在路面上的时候,由于鞋底与地面之间存在着摩擦力(即静摩擦力),人不会摔倒。相反,当一个人走在雪地、冰面或比较光滑的地砖上的时候,由于鞋底与“地面”之间存在的摩擦力比较小,稍不留神,就会滑到。由此可见,摩擦力在我们生活中是必不可少的。不仅如此,乘车、打乒乓球等,无一能离得开摩擦力。

曾有科学假设:如果地球上没有摩擦力,人类的生活将会怎样?勿庸质疑,一切运动将会停止,生活将陷入静止和混乱,所以摩擦力对于人类的日常生活是非常重要的。

物体之间要产生摩擦力,就必须具备四个条件:其一,两物体相互接触;其二,两物体相互挤压,发生形变,具有弹力;其三,两物体发生相对运动或相对运动趋势;其四,两物体之间的接触面粗糙。

物体之间只有具备以上四个条件,才会产生摩擦力,四个条件缺一不可。那么,如何定义摩擦力呢?也就是两个互相接触的物体,当它们发生相对运动或有相对运动趋势时,在两个物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这个力就被称为摩擦力。从本质上来说,摩擦力是由电磁力而引起的。摩擦力不仅是一种接触力,还是一种被动力。不过,值得注意的是,有弹力的地方不一定会产生摩擦力;有摩擦力的地方则一定有弹力。

对于两个发生相对运动的物体来说,是存在摩擦力的。事实上,在两个互相接触但并没有发生相对运动的物体之间同样也存在摩擦力。例如一个人能够站在斜坡上不滑下来,是因为这个人的鞋底与坡有着足够大的摩擦力,使之受力平衡,不至于下滑;我们之所以能够用钉子把两块木板钉在一起,这也是因为钉子与木板之间有足够大的摩擦力。由此可见,任何两个互相接触的物体,且它们的接触面粗糙,只要它们有相对运动或相对运动的趋势,就一定存在摩擦力。

正是这个原因,我们才可以这样说:阻碍互相接触的两个物体之间的相对运动(或者阻碍它们的相对运动趋势)的力叫做摩擦力。

1.为什么要穿鞋底带纹路的鞋子——滑动摩擦力

摩擦力可分为动摩擦力和静摩擦力,动摩擦力又可分为滑动摩擦力和滚动摩擦力。

所谓的滑动摩擦力,指的就是两物体产生相对滑动时产生的摩擦力。

在研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验中,人们往往会用弹簧秤拉木块做匀速直线运动,这是为什么呢?因为弹簧秤测出来的并不是摩擦力的大小,而仅仅是拉力的大小。当该木块在做匀速直线运动的时候,它的水平方向受到的拉力和木板对木块的摩擦力也就是所谓的一对平衡力。以二力平衡的条件为根据,拉力大小应该等于摩擦力的大小。正是这个原因,测出来的拉力的大小与测出来的摩擦力的大小是相等的。

大量的实验说明:滑动摩擦力的大小仅仅与法向正压力FN的大小和接触面的性质(动摩擦因数)有关系。对于相同的接触面而言,法向正压力越大,滑动摩擦力也就越大;对于相同的法向正压力而言,接触面越粗糙,滑动摩擦力也就越大。此外,值得注意的是,摩擦力的大小与物体的表观接触面积根本没有关系。摩擦力的计算公式即正压力与摩擦系数的乘积。

虽然滑动摩擦力是阻碍相互接触物体间相对运动的力,但不一定是阻碍物体运动的力。也就是说,摩擦力不一定是阻力,也可能是使物体运动的动力。在这里,一定要明白,阻碍“相对运动”是以相互接触的物体为参照物的。“物体运动”也可能是以其他物体作为参照物的。例如把一个砝码放在用于实验的木块之上,用弹簧秤拉动木块做匀速直线运动,这时砝码由于受到木块对它的静摩擦力,便会随着木块一起由静止状态转变为运动状态。

就拿具体情况来说,当木块受到拉力而由静止向前运动的时候,砝码相对于木块来说,是要向后滑动的,这样一来,木块就会给砝码施加一个阻碍它向后滑动的摩擦力,而此摩擦力的方向则是向前的。由此可见,砝码相对于木块来说,并没有滑动,这时的摩擦力也就是所谓的静摩擦力。

总而言之,滑动摩擦力的大小与物体间的表观接触面积无关,与物体运动的快慢也无关。

在实际生活中,人们往往为了简化而采用一种“理想化”的做法,例如某物体放在另一物体的光滑的表面上。这里所说的“光滑”是指,如果两个物体发生相对运动,它们之间是不存在摩擦力的。

2.手中的笔为什么不掉下——静摩擦力

生活中,静摩擦力是非常普遍的。例如,拿在手中的杯子、笔不会滑落,就是因为有静摩擦力的存在。线能够织成布,布能够缝制成为衣服,同样是靠纱线之间存在的静摩擦力的作用。除此之外,在生产技术中静摩擦力的应用也非常广泛。

所谓的静摩擦力,指的就是两个相互接触而又相对静止的物体,在外力作用下,它们只具有相对滑动的趋势,而并未发生相对滑动时,它们的接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力。

由此可见,产生静摩擦力必须有三个条件:其一,接触面必须是粗糙的;其二,两个物体互相接触且相互间存在挤压;其三,物体间有相对运动的趋势。

一般情况下,静摩擦力的方向有两种情况:其一,与接触面相切(如果接触面是曲面,则为该曲面的切线方向),并且与物体相对运动趋势的方向是相反的。这里所说的相对是以施加摩擦力的施力物体为参考系的。其二,相对运动趋势方向的判定应该是这样的:假设接触面绝对光滑不存在摩擦力,观察物体的相对运动方向,以此来判定相对运动趋势的方向。

静摩擦力的大小并不是一个定值,而是随着实际情况的改变而改变的。它的大小可以是零和最大静摩擦力之间的任何一个数值。最大静摩擦力也就是使物体由静止变为运动的最小力,也就是静摩擦力的最大值,比使物体刚要运动所需要的最小外力(最小滑动摩擦力)略大一些。

3.滚动轴承为什么很光滑——滚动摩擦力

一物体在另一物体表面做无滑动的滚动或有滚动的趋势时,由于两物体在接触部分受压发生形变而产生对滚动的阻碍作用,这种滚动作用从其实质上来说是滚动摩擦力。两物体接触面越软,形状变化也就越大,滚动摩擦力也越来越大。

通常情况下,物体之间的滚动摩擦力要比滑动摩擦力小得多。滚动摩擦力在交通运输以及机械制造工业上有着非常广泛的应用,我们所熟知的滚动轴承,就是为了减少摩擦力。

同类推荐
  • 文明探谜

    文明探谜

    本套全书全面而系统地介绍了中小学生各科知识的难解之谜,集知识性、趣味性、新奇性、疑问性与科普性于一体,深入浅出,生动可读,通俗易懂,目的是使广大中小学生在兴味盎然地领略百科知识难解之谜和科学技术的同时,能够加深思考,启迪智慧,开阔视野……
  • 世界儿童故事经典:天文故事

    世界儿童故事经典:天文故事

    有一种东西叫做钻石,如天上的星星,风雨的岁月和空间,凝固成人类精神的永恒,它跨越了国界、语言、年龄。“注音版影响孩子一生的名著”系列图书,每一本都是你生命中不可不读的经典。
  • 昆虫记:圆网蛛的电线报(第9卷)

    昆虫记:圆网蛛的电线报(第9卷)

    中国唯一全译插图本跨越两个世纪的传世经典献给所有敬畏生命、热爱生活的读者它们捕猎、相爱、生儿育女,它们诈取、被杀、朝生夕死……昆虫的世界从不绝望,它们永远生机勃勃。卷九:圆网蛛的电线,大自然向我们展示了狼蛛、圆网蛛和蝎子等昆虫为了生存不懈努力的画面,证明人类并不是孤立存在的,地球上的所有生命都在同一个紧密联系的系统之中,昆虫也是地球生物链上不可缺少的一环,昆虫的生命也应当得到尊重。昆虫吃东西是为了活下去,而我们人类中的一部分人,活着的目的只是为了吃东西。——法布尔《昆虫记第九卷: 圆网蛛的电线报》
  • 安徒生童话(中小学生必读丛书)

    安徒生童话(中小学生必读丛书)

    本书精心甄选了安徒生最为经典的童话,以期引领孩子们在赏心悦目的情境中,进入奇幻有趣的童话世界;使现实压力与日俱增的成人们,重温人鱼公主、丑小鸭、拇指姑娘的快乐记忆,回归天真、宽容的快乐心态。
  • 世界历史政治百科

    世界历史政治百科

    《世界历史政治百科》是一本关于历史和政治的百科类读物,分为中国部分和世界部分。介绍了诸多政治历史小知识,能增长知识,开阔视野,是非常实用的百科读物。
热门推荐
  • 凤凰倾帝天下

    凤凰倾帝天下

    她是一缕魂魄,生前被当做棋子,用完后残酷被杀,阴阳差错附到一个天生无材的安府三小姐身上。他是一府大少,却有着不可告人的身份。她用自己的能力告诉天下人,弱者不会永远弱,所有人都会有大方光彩的时候。他是人人羡慕人人爱慕的大少,倾国倾城,俊美无比,本一颗利用的心,却不知不觉爱上了那颗心……她狂傲又霸气,他绝色又强大。他浅笑,用一生一世换她的幸福,可终究还是负了她……
  • 爱上古代帅哥

    爱上古代帅哥

    一次游玩加探险,她无意中捡到一只打开时空之门的钥匙。一时贪玩,她兴起了去冒冒险玩一玩刺激一下脑细胞。人家说好奇心可以杀死一只猫,而她的好奇心则是——她把自己丢在古代回不来了呜呜……才刚回古代,她就把那钥匙给弄丢了。一失手成千古恨哪!情节虚构,请勿模仿!
  • 给羊成群先生的信

    给羊成群先生的信

    一个偶然的机会,年轻的羊门口同学与回乡探亲的北京大学教授羊成群先生建立了联系,并且为羊成群先生提供自己的见闻,用作他写作的素材,故事就从羊门口的出生开始了。。。
  • 文房四说

    文房四说

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 汉宫盛宠

    汉宫盛宠

    “许后立三年而崩,谥曰恭哀皇后,葬杜南,是为杜陵南园。”或许是尘缘未了,亦或是心有不甘,平君的魂魄迟迟不肯离去。南园遗梦故剑凉,十年生死两茫茫。她看着病已一度冷落奭儿;看着未央宫里迎来肖似自己的张萱;看着父母那眼中的沉痛;听着病已弥留之际那一句“平君”,看着元帝优游不断,孝宣之业衰焉……父亲只教了自己何为君子,却忽略了人心。这一世,她所爱的人,无以遣怀,心存遗憾……重来一世,她许平君,一定要让自己所爱之人,岁月无忧!只是,为何重来一世,命运的棋局,却更加扑朔迷离……
  • 王俊凯原来你不是梦

    王俊凯原来你不是梦

    我很喜欢王俊凯,所以写了这本书,我也做过作家梦,请大家支持我!
  • 盛宠无度,陆先生请多指教

    盛宠无度,陆先生请多指教

    她对他言听计从,爱由心生。当她发现一切都是浮华一梦,拼命逃离的时候。男人邪魅一笑,抬起她的下巴:“小遥,这么想离开我,可没那么简单。”然而最终她还是脱离了他的掌控,选择了自由。直到她为他人披上嫁衣,男人嘴角挑起玩味的笑,眼神里却一片血红狰狞。“你的心和人都是我的。没有我的允许,你怎么能妄图嫁给别人?”
  • 总有刁民要害朕

    总有刁民要害朕

    春风吹,战鼓擂,谁有困难我帮忙,我住隔壁我姓王!事件一:美女中了毒...“只有你和他双修可解毒!”神秘的老爷爷说道某主角一阵犹豫...“如此小生只有得罪了!”周秣“没事,我有解药!!”美女“...”某主角“...!!!”事件二:某主角遇到反派,正准备开启扮猪吃老虎模式。周秣“你知我们是谁吗?他是XXX的弟子,是XX看重的人,是X小姐喜欢的人,你敢得罪?”二反派机智的退走,装X失败的某主角“...!!!”事件三:接下来更精彩!周秣“不用谢,我姓周不姓王!我是主角最可爱的小伙伴→_→”PS:这是一本纯粹的修仙小说,纯粹的......
  • 带个郎君回现代

    带个郎君回现代

    因为自己的画而穿越到古代,遇见了自己梦中的王子,准备离开的时候,和王子长得一模一样的双生兄弟出现了,究竟哪个才是自己命中注定的爱人,更加可气得是自己的肚子里居然因意外有了一个小生命,这该让人何去何从?
  • 穿越女闹皇宫

    穿越女闹皇宫

    从21世纪穿越而来的女孩,成为了公主,每天都有不一样的惊喜,每次都将皇宫弄翻天,精彩无极限,走过路过不要错过,綄纱若兮QQ:201794584QQ群:420090868