摘 要：在翻閱物理刊物時(shí)，看到好幾篇文章對(duì)一個(gè)接觸面是否可以同時(shí)存在靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力展開熱烈的討論，而且結(jié)論不一。筆者認(rèn)為一個(gè)接觸面不可能同時(shí)存在靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力。
　　關(guān)鍵詞：一個(gè)接觸面；摩擦力；運(yùn)動(dòng)
　　
　　一、了解產(chǎn)生摩擦力的微觀解釋
　　“摩擦力的機(jī)制頗耐人尋味，無論多么光滑的表面，在顯微鏡下也顯得凹凸不平，于是相互接觸的物體彼此鑲嵌。欲使兩者沿接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就需超越此類相互的阻隔。這種超越既可能不破壞表面的突起，只發(fā)生輕微的上下跳躍，也可能使突起斷裂?！蔽覀冎?，摩擦力屬于電磁力，在微觀上屬于分子、原子級(jí)的相互作用。從上文中可以看到，兩物體具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就受到由凹凸不平而引起的鑲嵌所對(duì)應(yīng)的擠壓，就造成一種阻礙。
　　相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要超越這種阻隔，是滑動(dòng)摩擦力。而具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，但沒有超越這種阻隔，阻礙照樣存在，發(fā)生的是兩物體間微觀上的切向相互擠壓，這就是靜摩擦力，并且趨勢(shì)越大，擠壓越大，切向形變也越大，阻隔越大，即靜摩擦力越大。當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，即將破壞了這種凹凸不平或發(fā)生跳躍，即將發(fā)生移動(dòng)，這時(shí)候兩者間達(dá)到最大靜摩擦力。此后，趨勢(shì)再變大即發(fā)生移動(dòng)，變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。
　　為了形象說明這種微觀上的變化情況，我們引入一個(gè)模型——毛刷模型，刷子上一根一根的細(xì)毛可以看做微觀上一個(gè)一個(gè)突出的分子或原子（如圖1所示），當(dāng)另一個(gè)物體在其表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，細(xì)毛就會(huì)向物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向發(fā)生彎曲（如圖2所示），表示實(shí)際物體在微觀上原子間的微小切向形變。
　　二、從實(shí)例中看出一個(gè)接觸面不可能同時(shí)存在靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力
　　1．斜面上水平力推動(dòng)物體的實(shí)例
　　在這個(gè)情境中，我們可以把斜面看做一個(gè)毛刷。以物體所在點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在水平方向和沿斜面方向建立直角坐標(biāo)系（如圖3所示）。在沒有作用水平推力前，物體獨(dú)立的靜止于斜面，此時(shí)物體受到沿斜面向上的靜摩擦力，因此此時(shí)斜面毛刷的細(xì)毛與物體接觸的部分都沿斜面向下彎曲，即沿-Y方向彎曲。
　　為了說明增加水平力后的摩擦力情況，我們不妨來設(shè)計(jì)一個(gè)慢動(dòng)作，水平力由小開始慢慢地變大到一定值。設(shè)水平力沿+X方向移動(dòng)，則當(dāng)開始加水平力后，物體在沿斜面方向就有了兩個(gè)主動(dòng)力G1和F，這兩個(gè)力的合力就指向第四象限（如圖4所示），因此此時(shí)物體具有向第四象限的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，斜面毛刷的細(xì)毛就向第四象限彎曲。并且隨著F的增大，合力越來越遠(yuǎn)離-Y方向，也越來越大，因此，細(xì)毛的彎曲方向也遠(yuǎn)離-Y方向，彎曲程度也越來越大。
　　當(dāng)F增大到一定值時(shí)，細(xì)毛彎曲到極點(diǎn)，在微觀上表現(xiàn)為即將破壞突起的原子或分子，即將開始滑動(dòng)，靜摩擦力達(dá)到最大靜摩擦力。細(xì)毛彎曲方向?yàn)榇藭r(shí)兩個(gè)主動(dòng)力的合力方向，而此時(shí)最大靜摩擦力的方向?yàn)榧?xì)毛彎曲方向的反方向即第二象限。
　　繼續(xù)增大力F，物體開始滑動(dòng)，滑動(dòng)方向即為此時(shí)兩個(gè)主動(dòng)力的合力方向，即細(xì)毛的彎曲方向。靜摩擦力演變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，而滑動(dòng)摩擦力的方向依然是此時(shí)細(xì)毛彎曲方向的反方向，即原來最大靜摩擦力的方向。從中可以看到，其實(shí)運(yùn)動(dòng)一開始滑動(dòng)摩擦力就不可能沿+Y方向，而是主動(dòng)力的合力方向。
　　接下來，我們繼續(xù)用毛刷模型來否定一個(gè)結(jié)論：在加了水平力后，可以水平運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)受到水平方向靜摩擦力和沿斜面方向滑動(dòng)摩擦力。取運(yùn)動(dòng)過程中的某一位置，假說上述過程成立，按此說法，此時(shí)在沿斜面方向物體受到四個(gè)力：下滑力G1，推力F，滑動(dòng)摩擦力f2和靜摩擦力f1，（如圖5所示）。則我們可以說，此時(shí)斜面毛刷的細(xì)毛有兩種彎曲：因?yàn)槲矬w向+X方向運(yùn)動(dòng)，斜面對(duì)物體有向-X方向的滑動(dòng)摩擦力，所以細(xì)毛向+X方向彎曲；又因?yàn)槲矬w具有向-Y方向的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而使其受到+Y方向的靜摩擦力，所以細(xì)毛向-Y方向彎曲。
　　物體繼續(xù)向+X方向運(yùn)動(dòng)，須知前方的細(xì)毛在物體沒有達(dá)到之前全部是與斜面垂直的，不彎曲的。隨著物體的到來，這些本來不彎曲的細(xì)毛由于物體的運(yùn)動(dòng)而向+X方向彎曲，但是并不會(huì)自動(dòng)向-Y方向彎曲好等待物體的到來。所以物體到了下一個(gè)位置也就不可能產(chǎn)生+Y方向的靜摩擦力，只受3個(gè)力，且不平衡，要離開X軸，與假說矛盾。
　　綜上所說，在這一實(shí)例中不可能同時(shí)存在靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力。
　　2．物體在繩子牽動(dòng)下在水平面上作滑動(dòng)式圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例
　　有些老師提到的這個(gè)實(shí)例（如圖6所示），其文中認(rèn)為物體在做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中是繩子拉力和指向圓心的靜摩擦力一起提供向心力，而同時(shí)又受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的滑動(dòng)摩擦力，因此說這個(gè)接觸面同時(shí)存在靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力。筆者對(duì)這個(gè)情境同樣有不同的觀點(diǎn)。文中認(rèn)為任何作圓周運(yùn)動(dòng)的物體都有偏離圓心的趨勢(shì)，因此這時(shí)接觸面必然要對(duì)其施加一個(gè)與該運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反的靜摩擦力。筆者認(rèn)為做圓周運(yùn)動(dòng)的物體確實(shí)都有偏離圓心的趨勢(shì)，但是在這個(gè)情境中，這個(gè)趨勢(shì)之所以沒有促成偏離圓心的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，那是因?yàn)槔K子拉力抵制了這種趨勢(shì)，所以對(duì)繩子來講，物體有遠(yuǎn)離圓心的趨勢(shì)，而這種趨勢(shì)與水平?jīng)]有直接聯(lián)系，所以水平面沒有對(duì)物體提供靜摩擦力。
　　我們繼續(xù)使用上述的假設(shè)法，假定文中的說法成立，則可以取運(yùn)動(dòng)過程的某一位置，此時(shí)水平面毛刷的細(xì)毛既沿線速度的方向彎曲，又沿半徑向外彎曲，即滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力共存。但是前方的細(xì)毛照樣豎直，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到前方細(xì)毛時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)而造成前方細(xì)毛沿速度方向擠壓而沿速度方向彎曲，但是并沒有沿半徑方向彎曲，即不再受到靜摩擦力的作用。
　　我們不妨改變上述物體的運(yùn)動(dòng)模式，變滑動(dòng)為滾動(dòng)。我們可以拿一只完整的粉筆，我們知道粉筆不是圓柱體，而是一頭粗一頭細(xì)，我們把粉筆平放在水平桌面上，給一個(gè)初速度，粉筆就會(huì)繞一點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖7所示），在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中粉筆本身與桌面并沒有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，而是一種滾動(dòng)，盡管在運(yùn)動(dòng)，但是粉筆與桌面的接觸點(diǎn)又是始終相對(duì)靜止的，因?yàn)榉酃P與桌面間的接觸點(diǎn)是一直在變的，所以這時(shí)候就是靜摩擦力來提供向心力，而滾動(dòng)可能會(huì)越來越慢，那是因?yàn)槭艿綕L動(dòng)摩擦力。
　　3.滑冰運(yùn)動(dòng)員滑冰的實(shí)例
　　運(yùn)動(dòng)員在滑冰時(shí)，特別是花樣滑冰，我們經(jīng)?？吹竭\(yùn)動(dòng)員做著漂亮的曲線運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)員腳上穿的是冰刀式冰鞋，滑冰時(shí)受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的滑動(dòng)摩擦力，那么是不是同時(shí)有與運(yùn)動(dòng)方向垂直的靜摩擦力提供運(yùn)動(dòng)員做曲線運(yùn)動(dòng)的反向力呢？
　　我們知道，滑冰場上運(yùn)動(dòng)員滑冰時(shí)會(huì)留下一道道的滑痕，如果細(xì)細(xì)一看，這實(shí)際上是冰刀在冰上刻出的一道