影響摩擦力大小的因素研究

王 寧

（山東省臨沂一中 山東臨沂 276000）

影響摩擦力大小的因素研究

王 寧

（山東省臨沂一中 山東臨沂 276000）

在我們的生活、生產(chǎn)中，摩擦力無(wú)處不在。摩擦力按其性質(zhì)可分為滑動(dòng)摩擦力、靜摩擦力和滾動(dòng)摩擦力三種。不同性質(zhì)的摩擦力，影響其大小的因素亦不相同。選擇了滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力進(jìn)行研究，并研究其影響。

摩擦力大小 性質(zhì) 因素 研究 影響

摩擦力為什么有大有小，在小的時(shí)候我們就知道下雨是要穿有丁的鞋或鞋底有花紋的鞋，那樣的話(huà)可以防滑，但都不知道是什么原因，后來(lái)上初中知道了摩擦力，高中大學(xué)對(duì)摩擦力有了更深的認(rèn)識(shí)。

首先對(duì)于滑動(dòng)摩擦力，從課本中知道它與正壓力成正比。我們組員采取控制變量法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確驗(yàn)證了在動(dòng)摩擦因數(shù)一定時(shí)，滑動(dòng)摩擦力與正壓力成正比這一結(jié)論。但因?yàn)閯?dòng)摩擦因數(shù)較難控制，只粗略驗(yàn)證了在正壓力一定時(shí)，滑動(dòng)摩擦力與動(dòng)摩擦力系數(shù)成正比這一結(jié)論。由此，我們?nèi)钥傻贸鰂＝μN(yùn)這一公式。[1]

那么動(dòng)摩擦因數(shù)由什么決定呢？我們知道動(dòng)摩擦因數(shù)反映物體表面的粗糙程度，反過(guò)來(lái)說(shuō)就是物體表面的粗糙程度決定了動(dòng)摩擦因數(shù)，而動(dòng)摩擦力是兩個(gè)有不光滑接觸，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間的相互作用，因此動(dòng)摩擦因數(shù)也不是單獨(dú)由某一物體表面粗糙程度決定的，而是由兩個(gè)有相互作用摩擦力的物體的接觸面粗糙程度決定的。假如我們拿一支筆，一段小繩，把繩子纏繞在筆上，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)繩子纏繞的圈數(shù)越多越難拉動(dòng)，如果繩子之間有重疊的話(huà)，則更是難以拉動(dòng)。這中間是否存在其它影響摩擦力的因素呢？我們分析得到：繩子在筆上每繞一圈，繩子與筆之間就多了一圈（無(wú)數(shù)多個(gè)）接觸點(diǎn)，兩者之間的相互作用就多了無(wú)數(shù)處，即有更多的地方產(chǎn)生摩擦力，所有的摩擦力疊加在一起，便使合力增大了。若繩子中有重疊，則不止繩子與筆之間，連繩子與繩子之間也會(huì)有相互作用，阻礙對(duì)方運(yùn)動(dòng)。且這時(shí)繩子與筆的壓力除直接與筆接觸的繩子的壓力外，也包括繩子與繩子之間的壓力，這樣摩擦力便急劇增大，以致難拉動(dòng)繩子。生活中，船靠岸時(shí)總是用繩子綁住岸上的樁，也是采用多繞幾圈繩子的辦法來(lái)增大摩擦力的。但這里面并不包括除正壓力及動(dòng)摩擦因數(shù)以外的其它影響摩擦力大小的因素。[2]

那么對(duì)于靜摩擦力，其產(chǎn)生原因是因?yàn)槲矬w間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。而相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)產(chǎn)生的原因是有外力作用，因此，產(chǎn)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。在不超出最大靜摩擦力的范圍時(shí)，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(kāi)始運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。那么最大靜摩擦力與什么有關(guān)呢？經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可知fmax=μN(yùn)即最大靜摩擦力與靜摩擦因數(shù)和正壓力成正比，其中靜摩擦因數(shù)比動(dòng)摩擦因數(shù)稍大，因?yàn)楫?dāng)外力等于動(dòng)摩擦力時(shí)，物體受力還是平衡的，要使物體運(yùn)動(dòng)，就必須增大外力。

至于物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要是受到排開(kāi)流體時(shí)流體產(chǎn)生的阻力，但物體側(cè)面受到流體的摩擦力也是不可忽略的。對(duì)于排開(kāi)流體時(shí)所受的阻力，可采用把運(yùn)動(dòng)物體改造成流線(xiàn)型等方法來(lái)減小，也可采用相反的方法來(lái)增大。對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)時(shí)側(cè)面所受摩擦力，我們知道，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)附近流體隨之運(yùn)動(dòng)，而稍遠(yuǎn)處的流體仍是靜止的，這樣，根據(jù)伯努利方程“常量”可知，靜止的流體會(huì)對(duì)物體有壓力，加之物體與流體間的接觸不光滑，便會(huì)產(chǎn)生摩擦力。而且隨著速度的增加，運(yùn)動(dòng)的流體的壓強(qiáng)減小，而靜止的流體壓強(qiáng)不變，所以壓強(qiáng)差與壓力都增大，摩擦力也就增大；經(jīng)過(guò)類(lèi)似的分析可得隨著深度的增加，摩擦力也是增加的。

影響摩擦力大小的因素是固定的，較少的，但其表現(xiàn)形式卻十分多樣化、復(fù)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，最大程摩擦力是物體與物體相接觸時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生一種阻止它們相對(duì)滑動(dòng)的作用力。摩擦是一種極為普遍的力學(xué)現(xiàn)象，在人類(lèi)生活、生產(chǎn)中無(wú)處不在。不僅固體與固體的接觸面上有摩擦（這類(lèi)摩擦稱(chēng)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(lèi)摩擦稱(chēng)為濕摩擦）。

摩擦力帶來(lái)的影響， 推桌子時(shí)，如果沒(méi)有推動(dòng)，則桌子有一個(gè)向右的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，同時(shí)桌子會(huì)受到一個(gè)向左的靜摩擦力的作用，阻礙它的這種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，使桌子處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。傳遞帶把貨物往上運(yùn)的過(guò)程中，如果沒(méi)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(shì)，所以傳送帶給了貨物一個(gè)沿斜面向上的靜摩擦力的作用，以阻礙貨物向下滑的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。假如沒(méi)有摩擦力，我們就不能走路了。因?yàn)榧日静环€(wěn)，也無(wú)法行走。比如在冰上步行，由于冰滑，走不多遠(yuǎn)就累得滿(mǎn)頭大汗。如果沒(méi)有摩擦力的話(huà)，道路比冰還滑，那時(shí)人們只有伏倒在地上才會(huì)覺(jué)得好受些。假如沒(méi)有摩擦力，螺釘就不能旋緊，釘在墻上的釘子就會(huì)自動(dòng)松開(kāi)而落下來(lái)。根據(jù)萬(wàn)有引力定律得知，一切物體就會(huì)在萬(wàn)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(diǎn)推力就都會(huì)散開(kāi)來(lái)，并且會(huì)在地上滑過(guò)來(lái)，滑過(guò)去，根本無(wú)法使用。。。如果沒(méi)有摩擦和介質(zhì)阻力，物體只發(fā)生動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化時(shí)，機(jī)械能的總量保持不變。這就是摩擦力帶來(lái)的影響?？傊?，影響摩擦力大小的因素是固定的，較少的，但其表現(xiàn)形式卻十分多樣化、復(fù)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(jìn)生產(chǎn)，改善生活。所以得出，可以從摩擦力的性質(zhì)和影響摩擦力的因素進(jìn)行研究分析，根據(jù)其特點(diǎn)增大或減少摩擦力，讓摩擦力為我們生活的服務(wù)。[3]

[1]王培燦. 《探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理,2014,08:19-20.

[2]孫豐富,朱召友. “探究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J]. 物理教師,2014,06:36+38.

[3]王松濤. 利用DIS探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素[J]. 物理教學(xué)探討,2015,01:54-56.

王寧（1999.9）男，山東省臨沂第一中學(xué)學(xué)生