摩擦類型與摩擦力的幾點辨析

陳旭東

[摘 要]摩擦是一種常見的物理現(xiàn)象，是物體接觸面之間由于物體間的相對運動或相對運動趨勢而產(chǎn)生阻礙其運動的特性，其中阻礙物體運動或趨勢的力稱為摩擦力。但縱觀中學(xué)物理教材，人教版必修1中3.3節(jié)、蘇科版8.3節(jié)、人教版8.3節(jié)、滬科版6.5節(jié)等，對摩擦與摩擦力的涉及都顯得簡單粗略。在中學(xué)物理教學(xué)中一些物理教師和學(xué)生對摩擦的認識還很模糊，因此有必要進行相關(guān)探索，以期達到學(xué)以致用的教學(xué)目的。

[關(guān)鍵詞]靜摩擦；靜摩擦力；滑動摩擦；滑動摩擦力；滾動摩擦；力偶矩

[中圖分類號]G633.7[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號] 16746058（2017）35004901

中學(xué)物理教材沒有直接給出摩擦的定義，而是舉例說明，依據(jù)力的平衡條件，給出相應(yīng)摩擦力的大小、方向。這樣安排固然有簡化課本內(nèi)容、降低知識難度和深度、減輕學(xué)生負擔(dān)的目的，但實際教學(xué)中，有的學(xué)生似是而非，不懂裝懂，嚴重影響教學(xué)實效，所以適當(dāng)加深學(xué)生對摩擦以及摩擦力的理解很有必要。

一、靜摩擦與靜摩擦力

關(guān)于靜摩擦，中學(xué)物理教材乃至一些大學(xué)基礎(chǔ)物理教材都沒有給出定義，筆者在教材的基礎(chǔ)上加以提煉，給出了如下定義，即物體在另一個物體表面有相對運動趨勢而未有運動路程的現(xiàn)象叫作靜摩擦，其中阻礙物體間發(fā)生相對運動的力叫作靜摩擦力。

二、滑動摩擦與滑動摩擦力

當(dāng)一個物體在另一個物體表面發(fā)生相對滑動時，物體接觸面上產(chǎn)生的阻礙它們滑動的現(xiàn)象叫作滑動摩擦，其中阻礙物體滑動的力就是滑動摩擦力。滑動摩擦力的方向總是沿著接觸面與物體的相對運動相反方向的，其大小，經(jīng)大量實驗表明與正壓力的大小成正比，與接觸面的粗糙程度有關(guān)，用f表示滑動摩擦力，N表示正壓力，μ表示動摩擦因數(shù)，寫成公式即為f=μN。這就是經(jīng)典的阿蒙頓庫侖定律，近似反映了摩擦的規(guī)律，是中學(xué)物理滑動摩擦的主要理論依據(jù)，進一步分析有：物體相互接觸且有壓力，接觸面粗糙且有相對運動，與物體的運動速度和接觸面積大小無關(guān)。

三、滾動摩擦與滾動摩擦力偶矩

人教版高中物理必修1中《摩擦力》一節(jié)，簡單地用一句話交代了滾動摩擦，滾動摩擦是一個物體在另一個物體表面上滾動時產(chǎn)生的摩擦。其實具體地講，滾動摩擦是一個物體在另一個物體上滾動或有滾動趨勢時，在接觸面處產(chǎn)生不對稱變形而引起的一種阻礙物體滾動的現(xiàn)象。滾動摩擦的大小用滾動摩擦力偶矩M來量度，且與正壓力成正比，比例系數(shù)δ為滾動摩擦因數(shù)，它具有長度的量綱，在數(shù)值上相當(dāng)于彈力對滾動物體質(zhì)心的力臂，δ和接觸面的材料、粗糙程度和滾動速率等有關(guān)，需要實驗來測定。因此教材中的“在壓力相同時，滾動摩擦比滑動摩擦小”，其實是克服滾動摩擦力矩使物體運動需要的力比克服滑動摩擦力使物體運動所需要的力小得多，可理解為使重為G的同一物體在同一支撐面滑動和滾動時施加的拉力F1大于F2，即F1=f=μG，F(xiàn)2=f=δG，由相關(guān)資料可知μδ，所以F2F1，一般來說，F(xiàn)2只有F1的1/60到1/40

，這就是教材中所說的由來。

四、關(guān)于摩擦的常見錯誤辨析

在摩擦教學(xué)中，相信很多教師都或多或少地遇到學(xué)生把物體滾動或者轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的摩擦認定為滾動摩擦，事實真是這樣嗎？如削鉛筆時，鉛筆與卷筆刀之間的摩擦；自行車行進中剎車時，剎車皮與車輪之間的摩擦，很多學(xué)生認為是滾動摩擦，其實卻是滑動摩擦，問題在于學(xué)生沒有理解這兩種摩擦的本質(zhì)特征，這就需要教師指出：滑動摩擦是某一物體在另一物體表面上相對運動的過程中，始終有一接觸面保持不變；而滾動摩擦是一物體在沿另一物體表面相對運動的過程中，物體間兩接觸面均在改變，因此可以根據(jù)物體在運動過程中兩接觸面是否改變來判斷摩擦類型。如在剎車時，剎車皮這一接觸面始終不變，雖然車輪滾動，但仍屬于滑動摩擦。

摩擦力有阻礙物體的相對運動或相對運動趨勢的作用，其方向總是與相對運動方向相反，而不是與運動方向相反，很多學(xué)生弄不清楚，認為摩擦力就一定是阻力，阻礙物體的運動，方向就是運動方向的反方向，殊不知，二字之差，卻謬之千里。

摩擦以及摩擦力的形成機制其實是相當(dāng)復(fù)雜的，迄今為止，科學(xué)界也沒有一個完整統(tǒng)一的定論，而且對靜摩擦和滾動摩擦涉及不多，作為教師，雖然只需要應(yīng)用經(jīng)典理論和理想模型就可以完成教學(xué)，但生命不息，學(xué)習(xí)不止，作為物理教師，有責(zé)任深入了解摩擦以及摩擦力，以便更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、理解、應(yīng)用摩擦，寓教于學(xué)，實現(xiàn)師生共同成長。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]漆安慎，杜嬋英.普通物理學(xué)教程（力學(xué)）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]周衍柏.理論力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint