登陆注册
28887200000014

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
  • 小王子的奇幻森林:秘密金莲花

    小王子的奇幻森林:秘密金莲花

    在浩瀚宇宙中,有一颗小小星球。小小星球上,有一个小王子。他太孤独了。为了摆脱孤单,他来到了地球上,遇见了害怕写作文而离家出走的大龙和小薇。在生命泉边,他们遇见了作文森林的大胡子酋长。大胡子酋长邀请小王子、大龙和小薇加入作文森林的作文训练营。在这个训练营中,只要一写作文,作文树就会生长,作文树会随着作文水平的提高而越来越粗壮。就这样,小王子和其他小伙伴们在这奇幻的森林里克服了大对手独孤求乱设置的一个一个障碍,挑战各种冒险难关,最终战胜自我,成长成为了一个有担当有责任的人,当然,他们再也不害怕写作文了。本集中,小王子和小伙伴们来到了美丽的丽斯湖边,探寻奇幻金莲花的秘密,却遭遇黑暗使者独孤求乱的挑战。小王子分队要如何战胜独孤求乱,种下属于自己的作文树,破解金莲花的奥秘?
  • 中国文化未解之谜

    中国文化未解之谜

    人类总是充满好奇心,富有求知欲望,不仅对历史积淀的文化知识和日益发展的科学技术具有浓厚的兴趣,而且对世界上许许多多的未解之谜都充满了好奇心。这是人类的心理特征,也是人类社会进步的一种基本动因。从地球到宇宙,从自然到历史,从科学到艺术,在这许许多多的领域中,无不存在着这样或那样的“未解之谜”。
  • 谋略家成长故事(激励学生成长的名人故事)

    谋略家成长故事(激励学生成长的名人故事)

    中国的智谋学是一个既深邃又广袤的天地。《谋略家成长故事》自历史黄籍之中精选了一百二十篇权谋故事,我们以现代的观点,将西人的智慧重新诠释、赋予新意,并采颉古今中外名人的金句名言加以呼应,从这些故事中,我们可以看古人如何振兴国家、统军作战?如何克敌制胜、赢得生存?
  • 写给青少年的新版十万个为什么(写给青少年的书)

    写给青少年的新版十万个为什么(写给青少年的书)

    《写给青少年的十万个为什么(新版)》内容丰富多彩,知识点全面更新,涵盖了动物世界、植物王国、地理奇观、人体奥秘、天文奥秘、科学常识、生活常识等方方面面,这些孩子们最感兴趣一时又难以解答的问题,《写给青少年的十万个为什么(新版)》都给予了科学翔实的回答。有趣的故事,简明的插图,独特的问答设计,把孩子们最感兴趣的“为什么”阐释得清晰易懂,让他们在轻松获得知识的同时,又在趣味阅读中提高自己的认知能力、思维能力、想象能力和观察能力。相信此书必将成为青少年成长学习的良师益友,作为青少年学习课本知识外的有益补充。
  • 感悟一生的故事励志故事

    感悟一生的故事励志故事

    这套《感悟一生的故事》经过精心筛选,分别从不同角度,用故事记录了人生历程中的绝美演绎。本套丛书共25本,包括成长故事、励志故事、哲理故事、推理故事、感恩故事、心态故事、青春故事、智慧故事等,每册书选编了最有价值的文章。
热门推荐
  • 东方冥灵愿

    东方冥灵愿

    永远不会开花的樱花树,某一天,开花了。树下,站着一个小小的女孩,望着这棵自己寻找了许久的樱花树,笑了。她在这棵树下许下了愿望,然后,轻轻地唱起了歌:“溪流永远的回转着,因为,它没有源头......”“樱花永远地飘落着,因为,它没有归处......”女孩唱着,祈愿着,一遍又一遍。徒劳的祈愿,永远也得不到结果,但女孩不愿放弃,依旧歌唱着,然而,却也永远无法终结。因为,这首歌......只有一半。————————东方同人==
  • 回家继承亿万家产

    回家继承亿万家产

    手里拿着馊了半边的窝窝头,叶辰叹了口气!这次创业又失败了,亏到姥姥家了,只差把内裤都给当了!当初跟自己一块毕业出来谋生的同学们一个个都是成功人士了,自己却混得连乞丐都不如!真是丢脸丢到姥姥家了!没办法了,他们比自己优秀太多了,看来只能回去继承亿万家产了!哎,想想自己真是一无是处,羡慕同学们呀……
  • 我的怪异东京物语

    我的怪异东京物语

    怪异——即为都市传说、校园怪谈、信仰神灵。一切非常态的现象存在皆是怪异。【枯猿】、意为枯木逢生之猿,进行怪异退治委托的白然邂逅了被怪异枯猿缠身的少女,一场平凡的退治却意外让他也深入了怪异的漩涡。【猿猴之手】、【神灵宵明】、【间生女】、【障鸦】、【伏萤】,在怪异层出不穷的情况下,他也邂逅了更多深陷怪异泥潭的少女。随着时间的推移,怪异们、以及与怪异有关的权威们,渐渐向着东京聚集——————白然(一脸懵b):“你说啥?你要混着酒喝?”宵明:嗯!(满怀期待点头,然后举起盈满的酒杯一饮而尽)饮酒前(高冷三无少女):玉霞耀夜三万里,端坐高天仰宵明。饮酒后(女侠你哪位?????!)一接剑接剑接剑!!狂歌醉剑斩魑魅,滔天炽海渡神灵!看着从高冷少女变成杀胚神明的白然躲在一旁瑟瑟发抖。少女挥刀一声娇喝:倒酒!白然捧着酒瓶屁颠屁颠地跑过去:好的嘞爷!
  • 劫道本源

    劫道本源

    灵气复苏千年流逝科技升华武道崛起极速发展人才齐出宇宙探索万灵世界万恶降临灵族结盟天道入世神人现世
  • 修真十书黄庭内景玉经注卷

    修真十书黄庭内景玉经注卷

    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。
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 星月同辉

    星月同辉

    她本是千金小姐,跳级教书,却遇见了他。奈何家中突变,她回家却陷入了上一辈的恩怨......
  • 爱,何从

    爱,何从

    爱,若你若我,什么唯爱,何德何能,拥你一生
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 刑法学(第五版)

    刑法学(第五版)

    《刑法学》在尽量吸收刑法学界新研究成果及刑事立法和司法解释的基础上,从理论联系实际、强调实践性和应用性等角度,围绕刑法规定的具体内容以及刑法前沿问题,阐述了刑法的基本概念、基本规定以及基本原理。全书分上下两册,分为绪论、犯罪论、刑罚概论、罪刑各论四编。本书第五版根据最新刑法修正案以及近年来诸多刑法立法解释和司法解释的内容进行了修订。