摩擦
在本節(jié)中，我們將一起探討摩擦。 在8.1節(jié)“牛頓第一定理”中，我們通過實(shí)驗(yàn)研究了阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。 這里的阻力似乎是卡車和木板之間的摩擦力。
什么是摩擦力？ 什么決定了它的大小？ 有哪些類別？ 應(yīng)用是什么？ 讓我們一一介紹。
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引入摩擦的概念
在8.1節(jié)“牛頓第一定理”中，我們通過實(shí)驗(yàn)研究了阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。 這里的阻力當(dāng)然是卡車和木板之間的摩擦力。
同樣，在搓手的過程中，我們也能感受到雙手之間摩擦的療效。
鞋頭上有凹凸不平的花紋，也是利用摩擦力防止我們絆倒。 這一節(jié)，我們一起來分析一下摩擦。
摩擦有兩種類型：滑動(dòng)摩擦和靜摩擦。 我們中學(xué)數(shù)學(xué)課本上只提到滑動(dòng)摩擦。
與教材不同的是，我們?cè)谖恼碌暮蟀氩糠诌€加入了靜摩擦力的相關(guān)概念。 我們覺得這對(duì)于朋友們進(jìn)一步把握摩擦，提高考試評(píng)分能力是非常有必要的。
滑動(dòng)摩擦
當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，在接觸面上會(huì)形成限制相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力稱為滑動(dòng)摩擦力。 滑動(dòng)摩擦通常用字母f表示。
物體相互接觸的兩個(gè)表面雖然看起來很光滑，但在顯微鏡下觀察時(shí)會(huì)出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。 相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)相互制約，形成滑動(dòng)摩擦。
借助彈簧測(cè)力計(jì)，可以簡單地檢測(cè)摩擦力。
實(shí)驗(yàn)：檢測(cè)滑動(dòng)摩擦
用彈簧測(cè)力計(jì)帶動(dòng)鐵塊A沿長木板向右作勻速直線運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)前面8.2節(jié)“兩個(gè)力的平衡”可以看出，在勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐵塊A所受的力是平衡的。
對(duì)鐵塊A進(jìn)行受力分析，物體在水平方向向右運(yùn)動(dòng)，因此遇到滑動(dòng)摩擦力（向左方向）阻礙其向右運(yùn)動(dòng)。
由于鐵塊A做直線運(yùn)動(dòng)，彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)鐵塊的拉力與上述滑動(dòng)摩擦力滿足兩個(gè)力的平衡（大小相等，方向相反）。
滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的原因是什么？ 讓我們通過實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研究這個(gè)問題。
實(shí)驗(yàn)：研究影響滑動(dòng)摩擦大小的誘因
用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)鐵塊，使其沿長木板勻速直線運(yùn)動(dòng)。 通過改變不同的熱阻，分析了影響滑動(dòng)摩擦大小的因素。
如圖，比較圖A和圖B，不同的壓力作用，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)壓力越大，表的彈簧力越大。
由于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力等于摩擦力摩擦力公式是什么，我們可以得到如下推論：
接觸面壓力越大，物體之間的滑動(dòng)摩擦力就越大。
如圖B和圖C，長木板的粗糙度不同（浴巾表面更粗糙），我們會(huì)發(fā)現(xiàn)粗糙度越大，彈簧力計(jì)讀數(shù)越大。
由于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力等于摩擦力，我們可以得到如下推論：
接觸面的粗糙度越大，物體之間的滑動(dòng)摩擦就越大。
事實(shí)上，摩擦力的大小與接觸面的壓力和接觸面的粗糙度有關(guān)。
滑動(dòng)摩擦和重力
在之前的實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)谖矬w上放置重物后，滑動(dòng)摩擦力變大了。 一些中學(xué)生可能會(huì)有這樣的指責(zé)：
為什么不說重力的減小導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦力的減小呢？ 我們可以通過下圖來理解。
如果不在物體上放置重物，而是像右圖那樣降低外力，顯然滑動(dòng)摩擦?xí)p小。
如果條件允許，小伙伴們可以配合在實(shí)驗(yàn)室做一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)：
一位朋友用手輕壓物體，另一位朋友用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)物體勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)力的大小。
靜摩擦的概念
當(dāng)物體在接觸面上滑動(dòng)時(shí)，會(huì)形成滑動(dòng)摩擦力。 如果物體靜止怎么辦？ 會(huì)不會(huì)也有摩擦的效果？
答案是肯定的。 如右圖所示，用力F推動(dòng)物體不動(dòng)，就是典型的靜摩擦力。
中學(xué)課本上對(duì)摩擦力有更嚴(yán)格的定義：
限制物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或相對(duì)運(yùn)動(dòng)傾向）的力稱為摩擦力。
由此，我們可以得到靜摩擦力的定義：
當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)傾向時(shí)，所遇到的制約該物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)傾向的力稱為靜摩擦力。
如上圖所示，白色物體坐在斜坡底部并沒有下落，說明斜坡上有摩擦力，阻止了物體沿著斜坡向上滑動(dòng)。 這種摩擦是靜摩擦。
如何估計(jì)靜摩擦
王尚老師在這里直接告訴朋友們?nèi)绾谓鉀Q靜摩擦力：畫力圖，研究除了靜摩擦力以外的其他力。
靜摩擦力的大小取決于其他力的大小。
如右圖所示，若F=10N，物體靜止不動(dòng)，則根據(jù)兩個(gè)力的平衡摩擦力公式是什么，靜摩擦力的大小為f=10N，其方向?yàn)橄蜃蟆?span style="display:none">WzJ物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
若F=15N，則物體靜止不動(dòng)，故根據(jù)兩個(gè)力的平衡，靜摩擦力的大小為f=15N，其方向?yàn)樽蟆?span style="display:none">WzJ物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
如果一個(gè)物體受到兩個(gè)向右的水平力的作用，其中 F1=10N 和 F2=20N，物體保持靜止。
所以，這就是三個(gè)力在水平方向的平衡狀態(tài)，地面對(duì)物體的靜摩擦力的大小為f=30N，它的方向是向左的。
如果物體受到兩個(gè)向右的水平力，其中F1=10N，F(xiàn)2=20N，然后又受到兩個(gè)向左的水平力，其中F3=5N，F(xiàn)4=15N，則物體還在休息。
此時(shí)靜摩擦力的大小為多少？ 小伙伴們可以結(jié)合上一個(gè)視頻中提到的合理概念來解決。 答案是：f=10N，方向向左。
如果F很大，物體就會(huì)向右移動(dòng)，所以此時(shí)的摩擦力不再是靜摩擦力，而是滑動(dòng)摩擦力。
豎直方向的靜摩擦力的估計(jì)也是這樣：畫出力圖，不僅要研究靜摩擦力，還要研究其他的力。
如右圖所示，物體以水平力F向左壓在墻上，物體靜止。
如果物體上的重力G=40N，即使有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。 這樣，墻壁必須對(duì)物體產(chǎn)生垂直向下的靜摩擦力的作用來限制這些趨勢(shì)。
根據(jù)兩力平衡，摩擦力的大小為f=40N，方向垂直向下。
使用和避免摩擦
人能跑起來，只靠腳后跟與地面的摩擦力。 同樣，車輛只能靠輪胎與路面的摩擦力才能前進(jìn)。
我們之所以選擇橡膠作為鞋幫和內(nèi)胎，是為了減少摩擦，利用摩擦力。
摩擦并不都是有益的，也有有害的方面。
例如蝸桿之間的摩擦，單軸套之間的摩擦，都是有害的摩擦力。
我們選擇通過添加潤滑劑等方式改變接觸面的粗糙度來減弱這種摩擦。
在機(jī)械制造設(shè)計(jì)領(lǐng)域，滾動(dòng)軸承是一種減少有害摩擦的裝置。