浅谈摩擦力

1 生活中的摩擦力

1.1 摩擦力是一种常见的物理现象

当你在路面行走时,由于鞋底与地面之间存在摩擦力,你的脚才不会在地上打滑。相反,当你在雪地、冰面或极光滑的地砖上行走时,由于鞋底与“地面”之间摩擦力太小,一不小心,就会滑到。这两方面经验告诉我们,对于我们走路来说,摩擦力是必不可少的。

1.2 阻碍互相接触的两个物体间相对运动的力就叫摩擦力

不仅是在两个物体间发生相对运动的情况下存在摩擦力,而且,在两个互相接触但未发生相对运动的物体之间也存在摩擦力。你之所以能够站在斜坡上而不滑下来,是由于你的鞋底与坡有足够大的摩擦力。你之所以能够用钉子把两块木板钉在一起,是由于钉子与木板有足够大的摩擦力。实际上,只要两个物体互相接触,而且它们有相对运动的趋势,就一定存在摩擦力。

2 滑动摩擦力

2.1 当一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦力叫滑动摩擦力

滑动摩擦力是阻碍相互接触物体间相对运动的力,不一定是阻碍物体运动的力。即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物体运动的动力,要清楚阻碍“相对运动”是以相互接触的物体作为参照物的。“物体运动”可能是以其它物体作参照物的。如:实验中在木块上放一个砝码,用弹簧秤拉木块作匀速直线运动时,砝码是由于受到木块对它的静摩擦力才随木块一道由静止变为运动的。具体情况是:当木块受到拉力由静止向前运动时,砝码相对于木块要向后滑动,木块就给砝码一个阻碍它向后滑动的摩擦力,这个摩擦力的方向是向前的。所以砝码相对于木块没有滑动,这时的摩擦力就是静摩擦力。

2.2 滑动摩擦力大小与物体运动的快慢无关,与物体间的表观接触面积无关

研究实际问题时,为了简化往往采用“理想化”的做法,如某物体放在另一物体的光滑的表面上,这“光滑”就意味着两个物体如果发生相对运动时,它们之间没有摩擦。

研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关系的弹簧秤拉木块实验:实验时为什么要用弹簧秤拉木块做匀速直线运动?这是因为弹簧秤测出的是拉力大小而不是摩擦力大小。当木块做匀速直线运动时,木块水平方向受到的拉力和木板对木块的摩擦力就是一对平衡力。根据两力平衡的条件,拉力大小应和摩擦力大小相等。所以测出了拉力大小也就是测出了摩擦力大小。大量实验表明,滑动摩擦力的大小只跟压力大小、接触面的粗糙程度相关。压力越大,滑动摩擦力越大;接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

3 静摩擦力

3.1 静摩擦力的形成

当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时,在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这个力叫摩擦力。若相互接触,而又相对静止的物体,在外力作用下如只具有相对滑动趋势,而又未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力,叫做“静摩擦力”。

3.2 静摩擦力的产生条件

首先,接触面是粗糙的;其次,两个物体互相接触且相互间有挤压;最后,物体间有相对运动的趋势。

3.3 静摩擦力的方向

方向:第一跟接触面相切,并且跟物体相对运动趋势方向相反。所谓的相对,是以施加摩擦力的施力物体为参考系。第二相对运动趋势的方向的判定:假设接触面光滑没有摩擦力,看物体的相对运动方向,由此判定相对运动趋势的方向。

3.4 静摩擦力的大小

最大静摩擦力:静摩擦力存在最大值,即使物体由静止变为运动的最小力,称为最大静摩擦力。它略大于使物体刚要运动所需要的最小外力(最小滑动摩擦力)。

静摩擦力的大小不是一个定值,静摩擦力随实际情况而变,大小可以是零和最大静摩擦力之间的任一数值。

4 滚动摩擦力

4.1 滚动摩擦力的形成

一物体在另一物体表面作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的对滚动的阻碍作用,叫“滚动摩擦”。滚动摩擦实际上是一种阻碍滚动的力矩,一般用力矩来量度,不能叫滚动摩擦力。

4.2 摩擦力的计算

计算摩擦力可用公式f=μN计算,式中的μ是摩擦系数,N是上表面对物体的压力。

4.3 关于摩擦的本质

凹凸啮合说是从15世纪至18世纪,科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论,啮合说认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时,接触面上很多凹凸部分就相互啮合,如果一个物体沿接触面滑动,两个接触面的凸起部分相碰撞,产生断裂、摩损,就形成了对运动的阻碍。

粘附说,这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出,他认为两个表面抛得很光的金属,摩擦会增大,可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。

人们上世纪以来,随着工业和技术的发展,对摩擦理论的研究进一步深入,到上世纪中期,诞生了新的摩擦粘附论。

通过不断实验和分析计算,发现上述两种理论提出的机理都能产生摩擦,其中粘附理论提出的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上,两种机理的表现有所偏向:对金属材料,产生的摩擦以粘附作用为主,而对木材,产生的摩擦以啮合作用为主。实际上,关于摩擦力的本质,目前尚未有定论,仍在深入探讨之中。

5 结语

如果地球上没有摩擦力,将会变成什么样子?假如没有摩擦力,我们就不能走路了。因为既站不稳,也无法行走,比如在冰上步行,由于冰滑,走不多远就累得满头大汗。如果没有摩擦力的话,道路比冰还滑,那时人们只有伏倒在地上才会觉得好受些。假如没有摩擦力,螺钉就不能旋紧,钉在墙上的钉子就会自动松开而落下来。家里的桌子,椅子都要散开来,并且会在地上滑过来,滑过去,根本无法使用。

推桌子时,在没有推力时,如果没有摩擦力,则物体要向右运动,所以物体有一个向右的运动趋势,所以物体会受到一个向左的静摩擦力的作用,阻碍它的这种趋势。

又如,传递带把货物往上运的过程中,如果没有摩擦,则货物要沿斜面下滑,所以物体有沿斜面下滑的趋势,所以传送带给了货物一个沿斜面向上的静摩擦力的作用,以阻碍货物向下滑的运动趋势。如果没有摩擦和介质阻力,物体只发生动能和势能的相互转化时,机械能的总量保持不变。这就是没有摩擦力带来的影响。

摩擦力在生活中既有有利的影响又有不利的影响,摩擦力的作用是好是坏要看我们怎样去利用,掌握一些简单的物理知识并在生活中合理的利用会使我们的生活更加便利和丰富。

摘要：影响摩擦力大小的因素,在人类生活、生产中,摩擦力无处不在。摩擦力按其性质可分为滑动摩擦力、静摩擦力和滚动摩擦力三种。不同性质的摩擦力,影响其大小的因素亦不相同。

关键词：相对运动,接触面,压力,摩擦因数