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
  • 路易莎阿姨的趣味儿童故事

    路易莎阿姨的趣味儿童故事

    孩子一般都爱听故事。简短易懂而富有哲理的故事既可丰富孩子的知识面,又能引发孩子思考,启迪智力,并学会一些做人处世的道理。《国际大师儿童精品绘本系列:路易莎阿姨的趣味儿童故事》具有丰富有趣而富有教育意义的故事,还可以拓宽孩子的视野,并有助于孩子语言表达能力的培养,还可拉近亲子间的距离。
  • 鬼眼男孩(新版)

    鬼眼男孩(新版)

    “我”是白云街民工子弟小学五年级的学生,是个“鬼眼男孩”,能预测即将发生的危险。在和“我”爸爸押车回来的路上,“我”和爸爸看见了爸爸单位温董的车出了车祸。真后悔没报警,阴差阳错,“我”爸爸却送了命……
  • 焦金流石:旱灾与高温的防范自救

    焦金流石:旱灾与高温的防范自救

    本系列主要内容包括“自然灾害”、“火场危害”、“交通事故”、“水上安全”、“中毒与突发疾病”、“突发环境污染”等,书中主要针对日常生活中遇到的各种灾害问题作了详细解答,并全面地介绍了防灾减灾的避险以及自救的知识。居安思危,有备无患。我们衷心希望本书能够帮助青少年迅速掌握各种避险自救技能。
  • 发明的故事

    发明的故事

    《发明的故事》是房龙最重要的著作之一,一经出版就风靡全球,影响了一代又一代人。房龙的文笔风趣幽默,若行云流水,让人不知不觉就进入了他用文字为我们构架的科学世界中。正如著名作家郁达夫形容的那样:“枯燥乏味的科学常识,经他那么一写,无论大人、小孩,读他书的人,都觉得娓娓忘倦了。”
  • 让青少年学会感恩的故事(青少年素质养成必读故事)

    让青少年学会感恩的故事(青少年素质养成必读故事)

    “青少年素质养成必读故事”丛书是一套关于青少年素质培养的励志类书籍,本丛书通过一个个生动鲜活的故事来启迪、教育青少年,帮助青少年养成一份必备的好素质。《让青少年学会感恩的故事》为丛书之一,由刘芳主编。《让青少年学会感恩的故事》分为:回报天下的父母心、感恩知识的引路人、易地以处学会感恩、爱让我们学会感恩、理解也是一种感恩。
热门推荐
  • 小刘美国游记

    小刘美国游记

    游历美国60天,沿一号公路畅游美国最美海岸,携众体验裸体冲浪;两入成人俱乐部;多次徒步黑人社区;乘坐加州微风号,体验美国铁路的别样风光;搭救花甲背包客。听其讲述偷渡者的故事;闲逛旧金山广场,和乞丐聊聊人生;在黄石公园与AK47近距离接触;最后,以两美元大战赌城拉斯维加斯……
  • 凤起天鸣

    凤起天鸣

    她的出生就注定她的一生是不可能平凡的,在那个国度,她的父亲凰秦是人人羡慕的武林之王。一出生他的额头就有一朵血莲花。她的母亲凤灵是人人妒忌的魔法之身。一出生她的肩上就有一株茉莉花。凤灵有一个儿子,九个女儿。凤灵认为三公主凤凰神之和九公主凤凰雪羽最为出色。因为神之的额头上有一朵血连花。而雪羽呢?武林之王,魔法之身的记都有,要知道,这可是千年难遇啊!所以,雪羽,凤凰雪羽,这个背负着千万人性命的名字。将一次又一次地给人们创造奇迹,改变所有人的命运。
  • 重生-狂放女军医

    重生-狂放女军医

    她是特种女军医,医术高超,妙手回春!一次意外事故,她重生于一名小小校医!可这校医也太软弱好欺负了吧?眼前的男人竟对她指手画脚,还动不动就出言威胁?靠,真当她是便利贴女校医,任你揉搓捏扁?哼,看她如何铁血反击!
  • 老婆别跑

    老婆别跑

    他功成名就,需要一个听话的老婆,却机缘巧合挑上了不听话的她;她需要一个听话的老公迎接深爱的前男友,却误打误撞嫁给了腹黑的他。原以为这样的婚姻不过是一场彼此需要的戏,可谁知道越斗越沦陷。早说了我不一定会爱你,可为什么在你被贼惦记的时候,我却非要把你攻陷?爱情的字典里没有伟大的退让,只有越挫越勇,来吧,亲爱的,现在就把你拿下!从此以后一生痴缠……可是缠绵过后,为何遗落一地心伤,你若从未爱上我,初初何必要来招惹我?--情节虚构,请勿模仿
  • EXO重生恋人第二部

    EXO重生恋人第二部

    徐志摩说过一句话:“旋转木马是最残忍的游戏,彼此追逐却有永恒的距离。”我们之间仿佛有着不可融合的一道界限,你跨不过来,我没勇气试。鹿晗是骄傲一时的京城鹿少,吴世勋是让人闻风丧胆的雇佣兵。一场奇异的重生让两个命运截然不同的人相撞碰击,谁都不肯让步。命运最后到底是谁向谁低了头,谁向谁屈了服。本文讲述战地记者和雇佣兵之间一场令人纠结难舍的爱恋,两个糙老爷们之间的对抗。
  • 无良神偷:和神经病一起闯天下

    无良神偷:和神经病一起闯天下

    她是二十二世纪通缉犯榜首前三,是被无数正派喊着要捉拿的无良神偷,一次意外让她穿越到一个只在玄幻小说中出现过的异时空。魔法?斗气?神兽?召唤?……这一切听起来是不是都棒极了?然而……为什么她偏偏是个废柴啊!!!命运之神轻轻拨动着命运的齿轮……废柴?让你见识见识什么叫作天才!总之这就是一个神经病神偷少女穿越的故事。
  • 下堂王妃太狠辣

    下堂王妃太狠辣

    她,南宫无双,二十一世纪第一杀手,因被爱人背叛,而死于非命。当她再一次睁眼后,一个娇弱任人欺压的千金小姐,摇身一变,宛如地狱而来的煞神,遇神杀神,遇佛弑佛。被人陷害,家族被炒,未来王妃,贬身为奴,且看二十一世纪第一杀手,将如何翻手为云,覆手为雨,在古代异世,改变自身命运。南宫无双:我的命运我做主,我命由我不由天。白钧奕:小双儿,爱上你,只需一眼,仅那一秒钟,就注定了我这一生,将为你而活,风雨同舟,我将与你,生死不弃,至死不渝。黑焰月:南宫无双,本王对你的爱,天荒地老,无怨无悔,无论你的身份是什么,我的王妃,只能是你,南宫无双。--情节虚构,请勿模仿
  • 一本古书惹的祸

    一本古书惹的祸

    轩辕在逐鹿之战后将自己封印在古书,究竟谁能得到这本书。谁在冥冥中解开封印,然后又成为超越轩辕的存在。
  • 太上洞神太元河图三元仰谢仪

    太上洞神太元河图三元仰谢仪

    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。
  • 英文爱藏:那一年,我们各奔东西

    英文爱藏:那一年,我们各奔东西

    学英语不再枯燥无味——吴文智编著的《那一年我们各奔东西》内文 篇目均取自国外最经典、最权威、最流行、最动人的篇章,中英双语,适 于诵读,提升阅读能力;学英语不再沉闷辛苦——优美的语言、深厚的情 感、地道的英文,让我们在阅读这些动人的绝美篇章时,不仅能够提升生 活质量,丰富人生内涵,更能够轻松提升英文领悟能力,体味英……