張貝寧

摘要縱觀物理中的宏微觀世界，摩擦是物理世界中非常常見的現(xiàn)象，其原理也是非常簡(jiǎn)單的，但它在不同環(huán)境中表現(xiàn)出來的作用和表現(xiàn)形式是不一樣的，而且大家對(duì)摩擦現(xiàn)象及其過程還存在一定誤區(qū)。因此，本文就對(duì)摩擦表面的物理過程和現(xiàn)象做了進(jìn)一步的解釋，并以實(shí)例來直觀展現(xiàn)出來，讓大家正確認(rèn)識(shí)理解摩擦。

關(guān)鍵詞摩擦；物理過程；物理現(xiàn)象

摩擦非常常見，它存在于生活中的方方面面，沒有了摩擦，世界將不再是世界，而是混沌，我們的生活離不開摩擦，摩擦力更是力中不可缺少的一種。由于摩擦力有時(shí)是動(dòng)靜結(jié)合，有時(shí)又是相互運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，容易使人混淆，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解，因此，正確認(rèn)識(shí)、理解和充分利用摩擦力對(duì)我們有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文著重對(duì)摩擦力的起因、分類做了深入的介紹，分析了摩擦力的特點(diǎn)，并通過實(shí)驗(yàn)來直觀清晰解釋了摩擦的產(chǎn)生以及其摩擦過程和摩擦過程中產(chǎn)生的一些現(xiàn)象，使大家能夠?qū)δΣ劣行碌恼J(rèn)識(shí)和新的思考。

1對(duì)摩擦力的深入認(rèn)識(shí)

對(duì)于宏觀世界來說，物體的表面不會(huì)是非常光滑的，而這有凹凸的物體表面相互接觸，就必然會(huì)產(chǎn)生摩擦。也就是說當(dāng)一個(gè)物體沿著接觸面的切線運(yùn)動(dòng)或者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就存在一個(gè)阻礙它們運(yùn)動(dòng)的力，這種力就是摩擦力。對(duì)于微觀點(diǎn)角度來說，摩擦力就是2個(gè)物體接觸的表面，它們的分子表面還是粗糙的，存在著凹凸面，當(dāng)2個(gè)分子間的壓力大于他們的彈性形變的限度時(shí)，這2個(gè)分子就會(huì)發(fā)生粘合，而當(dāng)物體有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就要克服這個(gè)分子間的引力。因此摩擦力產(chǎn)生的條件就是兩個(gè)物體的表面是粗糙的，他們之間相互接觸而且有力的作用，同時(shí)它們有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

在高中的物理知識(shí)框架上，摩擦力又可分為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力3種，它們主要從宏觀的世界中解釋展現(xiàn)出來。當(dāng)2個(gè)物體是相互接觸的，而且它們之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，這樣子的摩擦叫做靜摩擦力，例如傳送帶上的產(chǎn)品；若是這2個(gè)相互接觸的物體發(fā)生了滑動(dòng)的現(xiàn)象，那么它們之間的摩擦力叫做滑動(dòng)摩擦力，例如自行車上的剎車系統(tǒng)；加入這2個(gè)物體發(fā)生的是相對(duì)的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，那么這就叫做滾動(dòng)摩擦力，比如汽車的輪子在滾動(dòng)。生活中處處存在著摩擦力，沒有了摩擦力人就走不動(dòng)，汽車也開不動(dòng)，吃不了東西，寫不了字，工作也做不了，什么都沒有也動(dòng)不了。

對(duì)于不同類型的摩擦其摩擦力的大小是不一樣的，它們的計(jì)算方法也不一樣。對(duì)于靜摩擦力來說，因?yàn)槲矬w沒有發(fā)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)物體是處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，但他們之間又有力的作用，所以接觸面就有一定大小的摩擦力。靜摩擦力有一個(gè)最大的限制范圍，其最大值是滑動(dòng)摩擦力，最小為零，即0≤F摩≤FN，其大小與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)強(qiáng)弱有關(guān)，當(dāng)物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)越強(qiáng)，其靜摩擦力就越大。

對(duì)于滑動(dòng)摩擦來說，其大小跟作用在物體上的壓力和物體表面的粗糙度有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，其計(jì)算公式為F，其中μ表示滑動(dòng)摩擦因數(shù)，N表示作用于接觸面的正壓力大小，與物體的重力大小、速度大小等無關(guān)。

類似于滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦力的大小也是由F=μ所得，不同的是μ代表滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)摩擦的方向跟物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。

對(duì)于這些摩擦力來說它可以做正功，也可以做負(fù)功，甚至還可以不做功。對(duì)于靜摩擦力，兩物體之間沒有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，它們之間只有機(jī)械能，而且這對(duì)摩擦力大小相等，方向相反，它們之間的代數(shù)和就是零；對(duì)于滑動(dòng)摩擦，比如貨車上的貨物由于貨車突然剎車減速，物體向前傾，并產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象，但總的來說相對(duì)地面還是向前運(yùn)動(dòng)的，因此貨物對(duì)貨車做的是正功，貨車對(duì)貨物做的是負(fù)功，但總攻等于摩擦力與位移的乘積，并在此過程中產(chǎn)生了熱能。

2對(duì)摩擦的物理過程及其現(xiàn)象認(rèn)識(shí)和思考

其實(shí)對(duì)于摩擦力古人很早就有認(rèn)識(shí)，鉆木取火就是一摩擦力的表現(xiàn)形式。下面我們就用實(shí)例來解釋一下物體表面的摩擦的物理過程和物理現(xiàn)象。

首先我們以牙刷來演示一下。我們先把一根新的牙刷水平的輕放在一塊粗糙的小木板上，觀察到牙刷毛是垂直的，當(dāng)我們輕輕沿著水平方向施加一個(gè)力時(shí)，觀察牙刷的狀態(tài)變化，從實(shí)驗(yàn)中我們可以看到，牙刷毛慢慢開始發(fā)生形變，而且是沿著力的相反方向彎曲，逐漸增大水平施加的力，當(dāng)力到一定大小，牙刷毛發(fā)生形變到一定程度時(shí)，牙刷便發(fā)生滑動(dòng)現(xiàn)象。改變施加力的方向會(huì)發(fā)現(xiàn)，牙刷毛的形變也會(huì)相反，而且對(duì)于作用在牙刷上的力的大小不同時(shí)，牙刷的形變也會(huì)不同，同時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)力越大，牙刷發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，牙刷毛的形變程度也會(huì)越大，換一塊光滑一點(diǎn)的木板進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，觀察牙刷發(fā)生形變的方向和程度與之前有什么差異。通過此實(shí)驗(yàn)我們可以清楚認(rèn)識(shí)到摩擦力的方向，以及與摩擦力大小有關(guān)的因素，同時(shí)我們也可得知靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而可以直觀解釋摩擦力的相關(guān)知識(shí)。研究完牙刷，我們便可以用黑板擦來演示，用黑板擦來擦除黑板上的粉筆字，觀察黑板擦的擦除情況。

對(duì)于上面的實(shí)驗(yàn)只是對(duì)摩擦力的一個(gè)表面的認(rèn)識(shí)，要深入認(rèn)識(shí)就需要用實(shí)際的數(shù)據(jù)來研究。我們首先準(zhǔn)備幾塊粗糙程度不一的長(zhǎng)木板，一個(gè)拉力彈簧，幾個(gè)接觸面積相等、質(zhì)量不一和質(zhì)量相等、接觸面積不等的小重物。首先我們得知道這些重物的質(zhì)量，然后將其中一個(gè)比較輕的重物放在木板表面比較光滑的上面，用彈簧水平的拉重物，并記錄力的大小，當(dāng)拉重物以均勻的速度前行時(shí)記錄數(shù)據(jù)，改變速度大小，以加速的方式前行，觀察并記錄力的大小，然后以減速的方式前行，再觀察并記錄力的大小。換粗糙度較大的木板進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)所有木板都試過以后，改用質(zhì)量較大的重物進(jìn)行前面的實(shí)驗(yàn)并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，前面的實(shí)驗(yàn)要保證接觸面積是相等的。接著我們就進(jìn)行接觸面積不等的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完以后，再將水平拉力改成有一定傾斜角度的拉力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或者將水平的木板傾斜一定角度放著，以相對(duì)與木板的水平方向拉重物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過上面的實(shí)驗(yàn)，我們進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理便可得知摩擦力具體與那些因素有關(guān)，而且可以得出它們之間的相關(guān)式。

3關(guān)于摩擦力的應(yīng)用

通過設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)來親自體驗(yàn)，這樣才能有更深入的認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)完后還可以舉一反三，加深對(duì)摩擦力的認(rèn)識(shí)，比如翻書，對(duì)書本施加一定的力來翻開書本，還有寫字，筆芯在紙上滾動(dòng)或者滑動(dòng)才能寫出字來，還有洗手、擰水瓶蓋等等。摩擦力有利有弊，對(duì)于生活在摩擦力環(huán)繞的世界中沒有說是利大還是弊大，就拿火車飛機(jī)來說，火車飛機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中空氣的阻力是我們不想要的，然而對(duì)于剎車的時(shí)候，這又顯得是必要的；自行車輪胎的花紋就是為了增大摩擦的，還有傳送帶是利用摩擦力來進(jìn)行傳送物品的等這些都是有利的，然而空氣摩擦力卻不利于物體的加速，很多摩擦也會(huì)消耗一大部分的機(jī)械能，還會(huì)產(chǎn)生磨損狀況，比如電動(dòng)機(jī)，各種摩擦縮短了零件的使用壽命。

4結(jié)論

對(duì)于摩擦表面的物理過程和物理現(xiàn)象就是探究摩擦的產(chǎn)生過程以及表現(xiàn)形式，這些我們可以通過研究摩擦力的大小方向等特性來直觀展現(xiàn)出來，所以我們也就可以通過實(shí)驗(yàn)來研究這些對(duì)摩擦可能產(chǎn)生影響的因素來探究其物理過程和物理現(xiàn)象。endprint