摩擦力科學小論文

時間：2021-06-09 17:58:13 論文我要投稿

關于摩擦力科學小論文

　　一個物體在另一個物體表面運動時, 在兩個物體接觸面會產生一種阻礙運動的力叫摩擦力。下面給大家分享了有關摩擦力科學小論文，一起來看看吧！

關于摩擦力科學小論文

　　【摘要】在日常生活中，人們對摩擦這種現象并不陌生。由于摩擦力與人的生活息息相關，所以有關摩擦力的研究和探索也一直在進行著。文章對常見的干摩擦與濕摩擦進行了敘述，描述了他們的基本定義。

　　【關鍵詞】干摩擦；濕摩擦；接觸面；高端

　　摩擦力是物體與物體相接觸時，在接觸面上產生一種阻止它們相對滑動的作用力。摩擦是一種極為普遍的力學現象，在人類生活、生產中無處不在。不僅固體與固體的接觸面上有摩擦（這類摩擦稱為干摩擦），就連固體與液體的接觸面或固體與氣體的接觸面上都有摩擦（這兩類摩擦稱為濕摩擦）。在干摩擦中，摩擦力按其性質可分為靜摩擦力、滑動摩擦力和滾動摩擦力三種。不同性質的摩擦力，影響其大小的因素亦不相同。

　　一、干摩擦力

　　（一）靜摩擦力

　　只要兩物體之間存在著相對滑動趨勢，就會出現摩擦力。如果滑動趨勢不太強，則由于摩擦力的作用，相對滑動不致真正實現，這時的摩擦力稱為靜摩擦力fS。可見靜摩擦力產生的原因是因為物體間有相對運動的趨勢。而相對運動趨勢產生的原因是有外力作用，因此，產生靜摩擦力的條件不僅包括接觸面不光滑、有正壓力，還需要有外力作用。靜摩擦力的大小與指向都取決于相對滑動趨勢。既然摩擦力是阻止相對滑動的作用力，靜摩擦力的指向自然與接觸面上相對滑動趨勢的指向相反。兩物體都受靜摩擦力的作用，其指向分別與各該物體在接觸面上的相對滑動趨勢的指向相反。靜摩擦力的大小也取決于相對滑動趨勢，沒有相對滑動趨勢，就沒有靜摩擦力，即摩擦力大小為零；一有相對滑動趨勢，靜摩擦力也隨之出現。在一定條件下，物體之間相對滑動趨勢一定，靜摩擦力就具有與之相應的一定的大小，這一大小應當恰恰足以抵消相對滑動趨勢，使相對滑動不致真正發生。因此，在具體問題中，靜摩擦力的大小往往不能預先知道，需要根據“物體之間并不真正發生相對滑動”這一條件從動力學的運動方程計算出來。情況一旦變了，物體之間的相對滑動趨勢變了，靜摩擦力的大小也就隨之自動調節，使相對滑動總是不能真的發生。但是靜摩擦力的自動調節并不能無限度地進行，其最大限度稱為最大靜摩擦力。在不超出最大靜摩擦力的范圍時，外力越大，靜摩擦力越大。一旦超出最大靜摩擦力的范圍，物體便開始滑動，靜摩擦力轉變為滑動摩擦力。那么最大靜摩擦力與什么有關呢？實驗查明，最大靜摩擦力fmax與兩物體之間的正壓力N成正比，與接觸面的面積無關，與接觸面的性質有關（如接觸面的材料、接觸面的粗糙程度等）。即fmax=μSN，其中μS稱為靜摩擦因數，它取決于接觸面的材料與接觸面的表面狀態等。實踐證明fS≤fmax=μSN。

　　（二）滑動摩擦力

　　當外力超出最大靜摩擦力的范圍時，物體便開始滑動，摩擦力繼續存在，只是靜摩擦力轉變為滑動摩擦力。物體沿著接觸面相對滑動，接觸面上阻止相對滑動的摩擦力稱為滑動摩擦力。滑動摩擦力的指向自然是與接觸面上相對滑動的指向相反。滑動摩擦力的大小隨相對滑動速度而變，相對滑動速度從零逐漸增大，滑動摩擦力則相應地從最大靜摩擦力fmax=μN逐漸減小。通常說滑動摩擦小于靜摩擦，將靜止著的物體推動比較費勁，既以推動之后維持勻速運動則較省力，就是指此而言。但相對滑動速度過分大的時候，滑動摩擦力又急劇增大。我們可以采取控制變量法，通過實驗準確驗證在動摩擦因數一定時，滑動摩擦力的大小正比于接觸面上的正壓力N。但因為動摩擦因數較難控制，只粗略驗證了在正壓力一定時，滑動摩擦力與動摩擦力系數成正比這一結論。由此，可得出公式：ｆK＝μN，其中μ稱為滑動摩擦因數，它取決于接觸面的材料與接觸面的表面狀態及相對滑動速度（如圖所示）等。

　　在一些特殊情況下（例如材料的硬度保持一定，接觸面經過一定加工等等），滑動摩擦

　　力幾乎不隨運動速度而變，并且差不多就等于最大靜摩擦力，即μ=常數≈μS當外力等于動摩擦力時，物體受力還是平衡的，要使物體運動，就必須增大外力。

　　二、濕摩擦力

　　物體相對于液體或氣體（稱為流體）而運動時，沿著接觸面上也有阻止相對滑動的摩擦力，這種摩擦力稱為濕摩擦。物體浸沒于液體或氣體中，運動時除了受到濕摩擦力外，同時還有另一種效應，即在接觸面上，物體受到液體或氣體的壓力，這壓力的'指向垂直于接觸面，而且迎面所受壓力大于背面所受壓力，因而物體所受壓力的總效果也是阻止物體的相對運動。由此而引起的阻力稱為介質阻力，并且一般來說，介質阻力遠遠大于濕摩擦力。介質阻力和濕摩擦力的本質完全不同，但在物體相對于液體或氣體的運動中，它們起著同樣的作用。一般就將介質阻力歸到濕摩擦力中，不去追究它們的本質。濕摩擦力不同于干摩擦力，沒有相對運動也就沒有濕摩擦力。所以對于濕摩擦現象，談不上靜摩擦力。既然不存在靜摩擦，不論多小的力都能推動物體使其在液體或氣體中運動。在干摩擦的情況下，小于最大靜摩擦力的力根本不能推動物體。可以用竹竿撐船使船前進，卻從來沒看見過用竹竿撐汽車使汽車前進，就是這個道理。

　　一旦發生相對運動，濕摩擦力也隨之出現。濕摩擦力的指向自然與物體相對運動速度指向相反。至于濕摩擦力的大小則隨著相對運動的加快而增大。當相對運動比較慢的時候，濕摩擦力的大小大致與速度成正比；當相對運動比較快的時候，濕摩擦力大致與速度的平方成正比。

　　物體浸于液體或氣體中，如以一定大小的力去推物體，由于不存在靜摩擦，物體將逐漸動起來。物體一開始運動，濕摩擦力也就出現。起初，濕摩擦力比較小，還小于所加推力，物體仍然繼續加速。物體速度加快，濕摩擦力隨之而增大。最后，物體達到某個速度，其相應的濕摩擦力與所加推動力相等，物體保持這一速度而作勻速運動，這一速度稱為極限速度。如物體的初速度超過極限速度，則濕摩擦力大于所加推動力，運動變慢，最后也是達到極限速度而作勻速運動。極限速度的大小顯然與所加推動力的大小有關。在力學中濕摩擦力一般不去分析與研究，主要考慮的是干摩擦力。

　　三、摩擦力帶來的影響

　　推桌子時,如果沒有推動,則桌子有一個向右的運動趨勢,同時桌子會受到一個向左的靜摩擦力的作用,阻礙它的這種運動趨勢，使桌子處于相對靜止狀態。傳遞帶把貨物往上運的過程中,如果沒有摩擦,則貨物要沿斜面下滑,所以物體有沿斜面下滑的趨勢,所以傳送帶給了貨物一個沿斜面向上的靜摩擦力的作用,以阻礙貨物向下滑的運動趨勢。

　　假如沒有摩擦力,我們就不能走路了。因為既站不穩,也無法行走。比如在冰上步行,由于冰滑,走不多遠就累得滿頭大汗。如果沒有摩擦力的話,道路比冰還滑,那時人們只有伏倒在地上才會覺得好受些。假如沒有摩擦力,螺釘就不能旋緊,釘在墻上的釘子就會自動松開而落下來。根據萬有引力定律得知，一切物體就會在萬有引力的作用下，全部聚集在了一起。家里的桌子,椅子都要聚在一起。給一點推力就都會散開來,并且會在地上滑過來,滑過去,根本無法使用。。。

　　如果沒有摩擦和介質阻力,物體只發生動能和勢能的相互轉化時,機械能的總量保持不變。這就是摩擦力帶來的影響。總之，影響摩擦力大小的因素是固定的，較少的，但其表現形式卻十分多樣化、復雜化、只有充分了解、控制這些因素，才能充分利用有益摩擦，避免有害摩擦，最大程度地改進生產，改善生活。

　　四、高端物理學中對摩擦力的產生的解釋

　　至到今天，人們對摩擦力的本質認識得不是十分清楚。最早對摩擦進行實驗研究的代表性人物是文藝復興時期的達·芬奇。他對表面光滑程度不同的物質的摩擦作了比較，提出物體間的摩擦程度取決于物體表面粗糙程度的大小，表面愈粗糙，摩擦力愈大，即固體表面的凹凸程度是產生摩擦的根本原因。這一想法后來逐步被發展為一種學說——凹凸說。該學說認為：物體表面無論經過何種加工，都必然留下或大或小的凹凸，這種表面凹凸不平的物體相互接觸，就必然產生摩擦。有人對此做過這樣一個比喻：固體表面的接觸，猶如把一列山脈翻過來蓋在另一列山脈上一樣。由于它們的相互咬合，所以只有把凸部破壞掉，才能使之滑動，這便是產生阻礙相對運動的摩擦力的基本原理。這種學說在很長一段時間里，受到許多人的支持。

　　對于摩擦力的另外一種看法是分子說。這是由英國的物理學家德薩古利埃提出的。他認為，摩擦力產生的原因是摩擦面上的分子力相互交錯所致。該學說指出，物體表面愈是光滑，摩擦面愈是相互接近，表面分子力就愈大，這樣摩擦力也就愈大。但是這種學說由于加工技術上的原因，一直沒有得到實驗的證實，因而入們對此很難接受。

　　進入20世紀以后，分子說逐漸得到很多人的支持。一個叫尤因的人首先指出因摩擦引起的能量損失，是因固體表面分子引力場的相互干涉所致，與凹凸程度無關。而另一名著名的學者哈迪，他進行了大量的實驗，從而證明了分子說的正確性。他首先把兩個物體表面研磨得極光滑，然后來做摩擦實驗，結果發現，兩物體磨得越光滑，它們之間的摩擦力就越少，但是這種光滑水平達到一定程度時，摩擦力反而有所增加，甚至兩個光滑的金屬面能“粘”在一起。而這正好證實了分子說的觀點：當兩個表面的分子互相進入彼此的分子間的引力圈時，兩者間就能產生強烈的粘合作用，并以摩擦力的形式顯示出來。哈迪的實驗為分子說提供了有力的證據，分子說因而獲得了廣泛的承認，并被進一步發展為“粘合說”。但是，凹凸說并沒有因分子說和粘合說的進展而被完全廢棄，它與對立的分子說和粘合說都持之有據，言之有理。有人在這兩者的基礎上提出了包含凹凸說內容的綜合性的現代粘合論。

　　（一）凹凸嚙合說

　　從15世紀至18世紀，科學家們提出的一種關于摩擦本質的理論，嚙合說認為摩擦是由于互相接觸的物體表面粗糙不平產生的。兩個物體接觸擠壓時，接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合。如果一個物體沿接觸面滑動，兩個接觸面的凸起部分相碰撞，產生斷裂、摩損，就形成了對運動的阻礙。

　　（二）粘附說

　　這是繼凹凸嚙合說之后的一種關于摩擦本質的理論。最早由英國學者德薩左利厄斯于1734年提出，他認為兩個表面拋得很光的金屬，摩擦會增大，可以用兩個物體的表面充分接觸時它們的分子引力將增大來解釋。

　　上世紀以來，隨著工業和技術的發展，對摩擦理論的研究進一步深入，到上世紀中期，誕生了新的摩擦粘附論。

　　新的摩擦粘附論認為，兩個互相接觸的表面，無論做得多么光滑，從原子尺度看還是粗糙的，有許多微小的凸起，把這樣的兩個表面放在一起，微凸起的頂部發生接觸，微凸起之外的部分接觸面間有10-8m或更大的間隙。這樣，接觸的微凸起的頂部承受了接觸面上的法向壓力。如果這個壓力很小，微凸起的頂部發生彈性形變；如果法向壓力較大，超過某一數值（每個凸起上約千分之幾牛頓），超過材料的彈性限度，微凸起的頂部便發生塑性形變，被壓成平頂，這時互相接觸的兩個物體之間距離變小到分子（原子）引力發生作用的范圍，于是，兩個緊壓著的接觸面上產生了原子性粘合。這時要使兩個彼比接觸的表面發生相對滑動，必須對其中的一個表面施加一個切向力，來克服分子（原子）間的引力，剪斷實際接觸區生成的接點，這就產生了摩擦。在現代摩擦理論中，還加進了靜電作用。光滑表面摩擦過程中可能帶上異號電荷，它們之間的靜電作用，也是摩擦力的一個原因。

　　綜上所述，摩擦現象的機理是復雜的，是必須在分子尺度內才能加以說明的。由于分子力的電磁本性，摩擦力說到底也是由于電磁相互作用引起的。

　　上述理論，已經否定了“物體表面越光滑，摩擦力越小”的說法。在非常平滑的物體表面之間，摩擦力是存在的。在教學中經常使用“表面光滑”，其含義是指無摩擦或摩擦因數等于零的表面，即沒有摩擦力。這是教學中的一種約定，而并非真的是說兩個表面光滑。在平玻璃板上推木塊很容易，而在平玻璃板上推與木塊相同質量的玻璃時就不容易了，這說明摩擦力增大了。

　　【參考文獻】

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