关于摩擦力的科学小论文

摩擦力是物体与物体相接触时，在接触面上产生一种阻止它们相对滑动的作用力。摩擦是一种极为普遍的力学现象，在人类生活、生产中无处不在。不仅固体与固体的接触面上有摩擦（这类摩擦称为干摩擦），就连固体与液体的接触面或固体与气体的接触面上都有摩擦（这两类摩擦称为湿摩擦）。在干摩擦中，摩擦力按其性质可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力三种。不同性质的摩擦力，影响其大小的因素亦不相同。 一、干摩擦力 （一）静摩擦力 只要两物体之间存在着相对滑动趋势，就会出现摩擦力。如果滑动趋势不太强，则由于摩擦力的作用，相对滑动不致真正实现，这时的摩擦力称为静摩擦力fS。可见静摩擦力产生的原因是因为物体间有相对运动的趋势。而相对运动趋势产生的原因是有外力作用，因此，产生静摩擦力的条件不仅包括接触面不光滑、有正压力，还需要有外力作用。静摩擦力的大小与指向都取决于相对滑动趋势。既然摩擦力是阻止相对滑动的作用力，静摩擦力的指向自然与接触面上相对滑动趋势的指向相反。两物体都受静摩擦力的作用，其指向分别与各该物体在接触面上的相对滑动趋势的指向相反。静摩擦力的大小也取决于相对滑动趋势，没有相对滑动趋势，就没有静摩擦力，即摩擦力大小为零；一有相对滑动趋势，静摩擦力也随之出现。在一定条件下，物体之间相对滑动趋势一定，静摩擦力就具有与之相应的一定的大小，这一大小应当恰恰足以抵消相对滑动趋势，使相对滑动不致真正发生。因此，在具体问题中，静摩擦力的大小往往不能预先知道，需要根据“物体之间并不真正发生相对滑动”这一条件从动力学的运动方程计算出来。情况一旦变了，物体之间的相对滑动趋势变了，静摩擦力的大小也就随之自动调节，使相对滑动总是不能真的发生。但是静摩擦力的自动调节并不能无限度地进行，其最大限度称为最大静摩擦力。在不超出最大静摩擦力的范围时，外力越大，静摩擦力越大。一旦超出最大静摩擦力的范围，物体便开始滑动，静摩擦力转变为滑动摩擦力。那么最大静摩擦力与什么有关呢？实验查明，最大静摩擦力fmax与两物体之间的正压力N成正比，与接触面的面积无关，与接触面的性质有关（如接触面的材料、接触面的粗糙程度等）。即fmax=μSN，其中μS称为静摩擦因数，它取决于接触面的材料与接触面的表面状态等。实践证明fS≤fmax=μSN。 （二）滑动摩擦力 当外力超出最大静摩擦力的范围时，物体便开始滑动，摩擦力继续存在，只是静摩擦力转变为滑动摩擦力。物体沿着接触面相对滑动，接触面上阻止相对滑动的摩擦力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的指向自然是与接触面上相对滑动的指向相反。滑动摩擦力的大小随相对滑动速度而变，相对滑动速度从零逐渐增大，滑动摩擦力则相应地从最大静摩擦力fmax=μN逐渐减小。通常说滑动摩擦小于静摩擦，将静止着的物体推动比较费劲，既以推动之后维持匀速运动则较省力，就是指此而言。但相对滑动速度过分大的时候，滑动摩擦力又急剧增大。我们可以采取控制变量法，通过实验准确验证在动摩擦因数一定时，滑动摩擦力的大小正比于接触面上的正压力N。但因为动摩擦因数较难控制，只粗略验证了在正压力一定时，滑动摩擦力与动摩擦力系数成正比这一结论。由此，可得出公式：fK＝μN，其中μ称为滑动摩擦因数，它取决于接触面的材料与接触面的表面状态及相对滑动速度（如图所示）等。在一些特殊情况下（例如材料的硬度保持一定，接触面经过一定加工等等），滑动摩擦 力几乎不随运动速度而变，并且差不多就等于最大静摩擦力，即μ=常数≈μS 当外力等于动摩擦力时，物体受力还是平衡的，要使物体运动，就必须增大外力。 二、湿摩擦力 物体相对于液体或气体（称为流体）而运动时，沿着接触面上也有阻止相对滑动的摩擦力，这种摩擦力称为湿摩擦。物体浸没于液体或气体中，运动时除了受到湿摩擦力外，同时还有另一种效应，即在接触面上，物体受到液体或气体的压力，这压力的指向垂直于接触面，而且迎面所受压力大于背面所受压力，因而物体所受压力的总效果也是阻止物体的相对运动。由此而引起的阻力称为介质阻力，并且一般来说，介质阻力远远大于湿摩擦力。介质阻力和湿摩擦力的本质完全不同，但在物体相对于液体或气体的运动中，它们起着同样的作用。一般就将介质阻力归到湿摩擦力中，不去追究它们的本质。湿摩擦力不同于干摩擦力，没有相对运动也就没有湿摩擦力。所以对于湿摩擦现象，谈不上静摩擦力。既然不存在静摩擦，不论多小的力都能推动物体使其在液体或气体中运动。在干摩擦的情况下，小于最大静摩擦力的力根本不能推动物体。可以用竹竿撑船使船前进，却从来没看见过用竹竿撑汽车使汽车前进，就是这个道理。 一旦发生相对运动，湿摩擦力也随之出现。湿摩擦力的指向自然与物体相对运动速度指向相反。至于湿摩擦力的大小则随着相对运动的加快而增大。当相对运动比较慢的时候，湿摩擦力的大小大致与速度成正比；当相对运动比较快的时候，湿摩擦力大致与速度的平方成正比。 物体浸于液体或气体中，如以一定大小的力去推物体，由于不存在静摩擦，物体将逐渐动起来。物体一开始运动，湿摩擦力也就出现。起初，湿摩擦力比较小，还小于所加推力，物体仍然继续加速。物体速度加快，湿摩擦力随之而增大。最后，物体达到某个速度，其相应的湿摩擦力与所加推动力相等，物体保持这一速度而作匀速运动，这一速度称为极限速度。如物体的初速度超过极限速度，则湿摩擦力大于所加推动力，运动变慢，最后也是达到极限速度而作匀速运动。极限速度的大小显然与所加推动力的大小有关。在力学中湿摩擦力一般不去分析与研究，主要考虑的是干摩擦力。 三、摩擦力带来的影响 推桌子时,如果没有推动,则桌子有一个向右的运动趋势,同时桌子会受到一个向左的静摩擦力的作用,阻碍它的这种运动趋势，使桌子处于相对静止状态。传递带把货物往上运的过程中,如果没有摩擦,则货物要沿斜面下滑,所以物体有沿斜面下滑的趋势,所以传送带给了货物一个沿斜面向上的静摩擦力的作用,以阻碍货物向下滑的运动趋势。假如没有摩擦力,我们就不能走路了。因为既站不稳,也无法行走。比如在冰上步行,由于冰滑,走不多远就累得满头大汗。如果没有摩擦力的话,道路比冰还滑,那时人们只有伏倒在地上才会觉得好受些。假如没有摩擦力,螺钉就不能旋紧,钉在墙上的钉子就会自动松开而落下来。根据万有引力定律得知，一切物体就会在万有引力的作用下，全部聚集在了一起。家里的桌子,椅子都要聚在一起。给一点推力就都会散开来,并且会在地上滑过来,滑过去,根本无法使用。。。 如果没有摩擦和介质阻力,物体只发生动能和势能的相互转化时,机械能的总量保持不变。这就是摩擦力带来的影响。总之，影响摩擦力大小的因素是固定的，较少的，但其表现形式却十分多样化、复杂化、只有充分了解、控制这些因素，才能充分利用有益摩擦，避免有害摩擦，最大程度地改进生产，改善生活。 四、高端物理学中对摩擦力的产生的解释 至到今天，人们对摩擦力的本质认识得不是十分清楚。最早对摩擦进行实验研究的代表性人物是文艺复兴时期的达·芬奇。他对表面光滑程度不同的物质的摩擦作了比较，提出物体间的摩擦程度取决于物体表面粗糙程度的大小，表面愈粗糙，摩擦力愈大，即固体表面的凹凸程度是产生摩擦的根本原因。这一想法后来逐步被发展为一种学说——凹凸说。该学说认为：物体表面无论经过何种加工，都必然留下或大或小的凹凸，这种表面凹凸不平的物体相互接触，就必然产生摩擦。有人对此做过这样一个比喻：固体表面的接触，犹如把一列山脉翻过来盖在另一列山脉上一样。由于它们的相互咬合，所以只有把凸部破坏掉，才能使之滑动，这便是产生阻碍相对运动的摩擦力的基本原理。这种学说在很长一段时间里，受到许多人的支持。 对于摩擦力的另外一种看法是分子说。这是由英国的物理学家德萨古利埃提出的。他认为，摩擦力产生的原因是摩擦面上的分子力相互交错所致。该学说指出，物体表面愈是光滑，摩擦面愈是相互接近，表面分子力就愈大，这样摩擦力也就愈大。但是这种学说由于加工技术上的原因，一直没有得到实验的证实，因而入们对此很难接受。 进入20世纪以后，分子说逐渐得到很多人的支持。一个叫尤因的人首先指出因摩擦引起的能量损失，是因固体表面分子引力场的相互干涉所致，与凹凸程度无关。而另一名著名的学者哈迪，他进行了大量的实验，从而证明了分子说的正确性。他首先把两个物体表面研磨得极光滑，然后来做摩擦实验，结果发现，两物体磨得越光滑，它们之间的摩擦力就越少，但是这种光滑水平达到一定程度时，摩擦力反而有所增加，甚至两个光滑的金属面能“粘”在一起。而这正好证实了分子说的观点：当两个表面的分子互相进入彼此的分子间的引力圈时，两者间就能产生强烈的粘合作用，并以摩擦力的形式显示出来。哈迪的实验为分子说提供了有力的证据，分子说因而获得了广泛的承认，并被进一步发展为“粘合说”。但是，凹凸说并没有因分子说和粘合说的进展而被完全废弃，它与对立的分子说和粘合说都持之有据，言之有理。有人在这两者的基础上提出了包含凹凸说内容的综合性的现代粘合论。 （一）凹凸啮合说 从15世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论，啮合说认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相碰撞，产生断裂、摩损，就形成了对运动的阻碍。 （二）粘附说 这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出，他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦会增大，可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。 上世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深入，到上世纪中期，诞生了新的摩擦粘附论。 新的摩擦粘附论认为，两个互相接触的表面，无论做得多么光滑，从原子尺度看还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10-8 m或更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合。这时要使两个彼比接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。在现代摩擦理论中，还加进了静电作用。光滑表面摩擦过程中可能带上异号电荷，它们之间的静电作用，也是摩擦力的一个原因。 综上所述，摩擦现象的机理是复杂的，是必须在分子尺度内才能加以说明的。由于分子力的电磁本性，摩擦力说到底也是由于电磁相互作用引起的。 上述理论，已经否定了“物体表面越光滑，摩擦力越小”的说法。在非常平滑的物体表面之间，摩擦力是存在的。在教学中经常使用“表面光滑”，其含义是指无摩擦或摩擦因数等于零的表面，即没有摩擦力。这是教学中的一种约定，而并非真的是说两个表面光滑。在平玻璃板上推木块很容易，而在平玻璃板上推与木块相同质量的玻璃时就不容易了，这说明摩擦力增大了。

一个物体在另一个物体表面运动时,在两个物体接触面会产生一种阻碍运动的力叫摩擦力.例如：日常生活中汽车在公路上行驶是靠汽车轮胎与地面的摩擦力向前行进的.摩擦通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种. 我们知道踢出去的足球会慢慢停下来,是由于受到摩擦力的作用.木匠在把木板磨光滑的工作中,是用砂纸在木板上靠砂纸和木板产生的摩擦力将木板打磨平滑的； 汽车发动机靠与皮带的摩擦力将动能传给发电机发电；人们洗手时双手摩擦把手上的灰尘洗掉；洗衣机洗衣时转动使衣服和水产生摩擦；吃东西时牙齿和食物发生摩擦；用拖把擦地；用布擦桌子；用板擦擦黑板都会产生摩擦力.在我们的生活中只要物体相互接触且有相对运动或有相对运动趋势都会产生摩擦力. 影响摩擦力大小的两个因素： 1.摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关,接触面粗糙程度一定时,压力越大摩擦力越大.生活中我们有这样的常识,当自行车车胎气不足的时候,骑起来更费力一些. 2.摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关,压力一定时,接触面越粗糙,摩擦力越大. 如何增大摩擦力和减少摩擦力 1.物体的接解面越粗糙,摩擦力越大.比如鞋底和轮胎的花纹.汽车在路面行驶时,轮胎与粗糙的柏油路面接触,这样摩擦力就能增大.汽车行驶在雪、水的路面,摩擦力就会减小.所以雨、雪天就要注意安全. 2.减小接触面间的粗糙程度； 风扇转轴要做得很光滑.钟表加油可以减少摩擦力,使走时更准确.滑冰场上,工作人员经常打扫冰面使它平整,可减少摩擦,加快滑冰的速度. 拔河比赛比的是什么?很多人会说：当然是比哪一队的力气大喽!实际上,这个问题并不那么简单. 对拔河的两队进行受力分析就可以知道,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动.因此,增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键.首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大.大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大. 另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧.比如,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力.再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等.其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利. 通过以上的学习观察总结出,摩擦力的大小取决两物体压力和表面的粗糙程度.

摩擦是一种极为普遍的现象，摩擦在实际生活中的例子也很多，如抓住物体需要摩擦，皮带传动需要摩擦，铁钉固定在墙上也要靠摩擦等等。但摩擦也会给我们的日常生活带来麻烦。例如：机器开动时，滑动部件之间因摩擦而浪费动力，还会使机器的部件磨损，缩短寿命。我们有时希望地球上从来就没有摩擦力，但如果真的没有摩擦力，人们的生活又会发生什么样的变化呢？ 首先，也是最基本的，我们无法行动，脚与地面没有了摩擦，人们简直寸步难行。自行车车轮与地面间光滑，怎么才能开动呢？汽车还没发动就打滑，要么就是车子开起来了就停不下来，没有阻碍它运动的力，就只能无限滑下去最后与其它车相撞造成一起又一起的交通事故。飞机无论是活塞发动机或者涡轮喷气发动机都无法启动。第二，我们无法拿起任何东西，我们能拿东西靠的就是摩擦力，摩擦力来自于物体本身的凹凸和我们手上的指纹，这下好，物体光滑，我们也没有了指纹，想拿东西却和它作用不上，只能干着急，不仅拿不起东西，拧盖子扭把手，一系列的力的作用都无法进行；生活处处困难重重。想写字却拿不起笔，笔又不能和纸产生摩擦写字，想吃饭碗筷却拿不住，筷子怎么也夹不住菜，想喝水又提不起杯子；想穿衣服却拿不起穿不上；想工作劳动，但任何工具都一次次从手上滑落……这样的话，人安会多么无助。如果没有了摩擦，那么以后我们就再也不能够欣赏美妙的用小提琴演奏的音乐等，因为弓和弦的摩擦产生振动才发出了声音。总之，假如没有摩擦的存在，那么人们的衣、食、住、行都很难解决。如果衣食住行、学习、生活、工作、劳动等所有方面人们都因拿不起东西这个小小的因素困扰，人们还怎么有最基本的生存，更别提发展了。有资料说，某国家已研制出所谓的“超润滑材料”，可将它用到军事上，一旦战争暴发，将这种超润滑材料洒到对方的公路上、铁路的铁轨上和飞机起飞的跑道上，使对方的战车、运兵车、火车无法运行，军用物资无法运送；飞机不能起飞，失去制空权……用以谋求战争的胜利，这种超润滑材料所起的作用还真有点战略意义呢！我们可能幻想过如果没有摩擦，干什么事情都将不会有阻力，可等我们真正到了没有摩擦力的世界，才感受到摩擦力的重要。摩擦力有利也有蔽，我们应该尽量减少那些有害摩擦，学会利用摩擦造福人类。