摩擦力就在身邊

摘要：摩擦力分為靜摩擦力和動摩擦力，動摩擦力又可以分為滑動摩擦力和滾動摩擦力，各種摩擦力在實際生活中都是廣泛存在和不可缺少的，并且還起著非常重要的作用，有的摩擦力在理論分析中可以由具體的公式進行計算，而有的摩擦力則要通過對具體問題具體分析而計算出來。在物理學中，摩擦力也是最常見和最重要的力之一。

關鍵詞：摩擦力在身邊 分析 應用

摩擦力在實際生活中是普遍存在的，在人類社會的進步與發展中起著非常重要的作用。在現實社會生活中，人要行走、汽車剎車、傳送帶傳輸物品等等，都離不開摩擦力的作用；在物理教學中，對物體進行受力分析往往也會涉及到摩擦力，由于摩擦力的種類較多，所以在受力分析中要根據實際情況進行分析。

一、步行過程中的摩擦力

在現實生活中，我們要向前走，人相對于地面是前進的，而在前進的過程中，我們依靠的是地面與鞋之間的摩擦力的作用，在圖（一）中， 是人前進的速度方向，但是我們的鞋底所受到的摩擦力并不是與 相反的，即不是與人運動的方向相反，摩擦力的方向與物體之間相對運動或具有相對運動趨勢的方向相反，所以鞋底受到的摩擦力與人前進的方向是一致的，從而才使得人獲得一個與運動方向相反的加速度（即獲得一個與運動方向相反的合力）。

人步行的過程中，腳底相對與地面有與人運動方向相反的趨勢，但是并未向與人運動方向相反的方向運動，所以人類步行依靠的是鞋底與地面之間的摩擦力來實現的。

二、傳送帶傳輸物品過程中的摩擦力

傳送帶傳輸物品在日常生活中是普遍存在的，也是物理學的受力分析中比較常見的。水平運動的傳送帶傳輸物品的過程中，由于傳送帶本身一般具有一定的速度，若物體是相對與地面靜止放上傳送帶的，它會在與傳送帶之間的摩擦力的作用下在傳送帶上作加速運動，若傳送帶足夠長，則被傳送的物品的速度最終會加速到與傳送帶的速度一致。此時它與傳送帶之間無相對滑動，也無相對滑動的趨勢，所以當物品運動速度等于傳送帶運動速度時，被傳送物品受到的摩擦力大小減為零，在運動方向（水平方向）不再受到力的作用。

在物理理論分析中，有的人往往會犯下這樣的錯誤：他們認為被傳送帶傳送的物品在傳送帶上是做勻加速直線運動，當被傳送物品的速度與傳送帶的速度相等時，它們之間的摩擦力會突然減為零，因此他們在解題過程中往往得到如下結論：

根據運動學的知識可知，物體在傳送帶上加速的過程中，當物體從初速度為零加速到與傳送帶的速度相等時有：V物=V帶=at，其中V物為被傳送物品的速度，V帶為傳送帶的運動速度，a為加速度，t為加速時間，則有：t=V帶/a；運用牛頓第二定律： ；加速時間為：

這樣的結論是不正確的，沒有正確的理解物品在傳送帶上的運動過程，仔細分析我們不難看出，物體在傳送帶上的加速運動其實是變加速運動，也就是說，被傳送的物品與傳送帶之間的摩擦力是一個變力，而不是恒力，在這里，我們不能簡單的認為f=mg，當我們把物品以水平初速度為零放上傳送帶時，物體有相對于傳送帶的運動，它受到傳送帶對它施加的一個滑動摩擦力的作用，隨著物品速度不斷增大，它與傳送帶之間的滑動摩擦力越來越小，當被傳送物品的速度等于傳送帶的速度時，二者之間無相對滑動，從而物品與傳送帶一起相對于地面做勻速直線運動。在此過程中，我們要用動能定理來對摩擦力進行求解，并且求解出來的摩擦力的值是一個平均值。

有時候我們把物品放上傳送帶時，感覺未經過加速運動物品就和傳送帶以同樣的速度開始運動，這是由于傳送帶的速度較小，使得物品被加速的時間很短，以致于我們無法感覺到。

如果把物品放上水平運動的傳送帶時，它相對于地面運動的水平速度大于傳送帶的速度，則它會受到一個傳送帶施加的與運動方向相反的滑動摩擦力，所以此時物品在傳送帶上做變減速運動，當物品的速度減小到與傳送帶的速度相等時，二者無相對運動，此時它與傳送帶一起做勻速直線運動。注：以上討論的條件是傳送帶有足夠的長度并且做勻速直線運動。

三、汽車運動過程中的摩擦力

汽車在運動過程中，由于車輪與地面接觸處有形變，所以會產生滾動摩擦；若車輪做純滾動，還會受到靜摩擦力的作用；若車輪與地面有相對滑動，則車輪會受到滑動摩擦力的作用；除此之外，汽車在運動過程中車身與空氣之間的的摩擦還會產生一個空氣阻力的作用。

汽車在運動過程中，無論是加速運動還是減速運動，車輪與地面之間都會發生相對滑動汽車就會受到地面施加的一個滑動摩擦力；汽車在正常行駛的過程中，車輪邊緣上各點與地面接觸的瞬間，與地面無相對滑動，這時，車輪邊緣與地面接觸時，相對于地面的速度為零，所以車輪在地面上留下清晰的輪胎花紋，表明車輪周邊與地面接觸的剎那，并無相對滑動，但可能車輪與地面之間存在相對滑動的趨勢，所以仍然會受到地面施加給車輪的靜摩擦力的作用。

滾動摩擦是由于車輪邊緣與地面接觸處的形變所引起的，因為車輪與地面都不是絕對剛性的，車輪由于自身與車身的重量而陷入地面，同時車輪本身也由于力的相互作用也受到壓縮，當它向前滾動時，由于地面的隆起（如圖三），地面的豎直反作用力N并不通過質心，而是偏于質心的前方，因而產生了一個抗拒車輪向前滾動的力矩，這個力矩就是滾動摩擦力

矩，它的量值為M=NK，K為滾動摩擦系數，等于N的作用點B到通過質心O的豎直線OA的垂直距離。K的大小和車輪及地面的物理性質有關，即車輪壓入地面的程度有關。

因此，汽車在水平路面上行駛時，若車輪與地面之間存在滑動摩擦，則車輪所受到的合力矩為：M合=M驅+M滾+M滑+M空氣；當汽車車輪在水平公路上正常行駛時，車輪可視為做無滑滾動，則其合力矩為：M合=M驅+M滾+M靜+M空氣；當汽車車輪在水平公路上勻速滾動時，其質心受力矩關系為：M驅+M滾+r×Ff=0；一般情況下，M滾非常小，即M滾趨近于零，則有：Ff=〔M驅—M滾〕/r≈M驅/r

由于M驅/r為汽車的牽引力，所以汽車在水平公路上勻速行駛時車輪受到的靜摩擦力與牽引力近似相等。

汽車在剎車過程中，由于滾動摩擦與空氣阻力作用遠小于滑動摩擦的作用，所以主要時滑動摩擦的作用使行駛的汽車因緊急情況而剎車。

摩擦力在生活中時無處不在的，是最常見的力之一，沒有摩擦力的存在，社會生活中很多活動將無法進行，包括人類無法行走，汽車無法正常行駛等等，物理學要對摩擦力進行重點研究，也是學生重點學習與掌握的對象，通過對摩擦力的學習與分析，讓人們充分了解物理與社會生活的密切聯系與不可分割。