摘要：兩個互相接觸的物體發生相對運動或具有相對運動趨勢時,都會在接觸面上形成制約相對運動或相對運動趨勢的磨擦力。磨擦力與我們的實際生活息息相關,并起著極其重要的作用。在數學學中增大摩擦力的方法例子,磨擦力也是最常見和最重要的力之一,在理論剖析時,有的磨擦力可以通過具體的公式進行估算,而有的則要依據實際情況具體剖析能夠估算下來。
關鍵詞：實際生活;磨擦力;理論;化學;
磨擦是一種極為普遍的熱學現象,除了固體與固體的接觸面上有磨擦,固體與液體的接觸面或固體與二氧化碳的接觸面上也有磨擦。日常生活中磨擦應用的事例有好多,人類行走須要磨擦,汽車制動須要磨擦,皮帶傳動須要磨擦等等。在數學學習中,對物體進行受力剖析經常會涉及磨擦力,因為磨擦力的廣泛存在,受力剖析中要具體問題具體剖析。
1、人們步行過程中的磨擦力
人們日常行走時,人相對于地面是前進的,借助的是地面與鞋跟之間的磨擦力的作用。人在前進時,鞋跟相對于地面具有向后滑動的趨勢,形成了靜磨擦力,而磨擦力的方向與相對運動或具有相對運動趨勢的方向相反,所以鞋跟遭到的磨擦力與人前進的方向不是與人運動的方向相反,而是一致的。此時,磨擦力是制約鞋面與地面相對運動的力,并不是制約人們運動的力。因靜磨擦系數的大小主要與接觸面的材料及接觸面表面狀況(粗糙程度、濕度、溫度)有關,為了降低物體間的磨擦力,人們采用減小靜磨擦系數的辦法,日常采用的方式好多,如:鞋跟會有好多規則或不規則的白色、鋪設粗糙的防滑地板、斜坡上密布的白色等等,達到了防滑的療效。
2、兒童在滑梯滑動過程中的磨擦力
滑梯是兒童體育活動的一種器械,在城市廣場、游樂園等地方,普遍建造了滑梯。兒童在滑梯下降時,阻力為兒童身體與輪滑間的磨擦力,磨擦力制約兒童身體下降,其方向與下降方向相反;下降動力為下降方向的重力份量,其方向與磨擦力方向相反,其值小于磨擦力的值,所以兒童下降時,速率越來越大。輪滑燴面的斜度不同時,在下降方向上所遭到的重力分力大小也不同;而且因重力對燴面的垂直份量的大小也不同,導致磨擦力的大小也發生改變。輪滑的夾角越大時,下降動力越大增大摩擦力的方法例子,磨擦力越小,下降的加速度也越大,速率降低的就越快。輪滑的夾角變小時,下降動力變小,磨擦力變大,下降的加速度也越小,速率降低的就越慢。
3、傳送帶傳輸物體過程中的磨擦力
在現實生活中,經常采用傳送帶傳輸物品;在化學學習時,對傳送帶傳輸物品進行受力剖析是十分必要的。為簡化剖析,在進行受力剖析前,做如下初始條件限制:傳送帶以一定的速率水平運動,但是傳送帶足夠長,即傳送帶上各點做水平的勻速直線運動;同時,物體相對于地面的水平方向的初速率為零;傳送帶的速率較小,物體被傳輸時的風阻忽視不計。
在傳輸水平方向的初速率為零的物品時,物體在其與傳送帶之間的磨擦力的作用下,在傳送帶上作加速直線運動,并加速到與傳送帶的速率一致。此時,它與傳送帶之間即沒有相對滑動現象,也沒有相對滑動的趨勢。因而,被傳送物品遭到的磨擦力為零,在運動方向不再遭到磨擦力的作用。
有的人在進行化學理論剖析時,常常錯誤的覺得,在傳送帶上被傳送的物品的運動為勻加速直線運動,當被傳送物品的速率與傳送帶的速率相等時,它們之間的磨擦力會忽然變為零。她們在此思路推動下,在解題過程中常常得到如下推論也就不足為怪了,過程如下:
初速率為零的物品勻加速直線運動的速率:V物=V帶=at
式中,V物為被傳送物品的速率,V帶為傳送帶的運動速率,a為加速度,t為加速時間,f為被傳送物品遭到的動磨擦力,u為物體與傳送帶間的動磨擦系數,m為物體的質量,g為重力加速度。
上述結果是錯誤的,沒有正確地剖析物品在傳送帶上的運動過程。仔細剖析可以發覺,物品在傳送帶上的加速運動并不是勻加速直線運動,而是變加速直線運動。也就是說,被傳送的物品與傳送帶之間的磨擦力是一個變力,而不是恒定不變的力。因而,剖析這一現象時,不能簡單的覺得動磨擦系數u為恒定的,u除了決定于物品與傳送帶的材料和表面情況,u還與物品與傳送帶的相對速率有關,隨相對速率降低而略有減弱。在我們把物品放上傳送帶時,物品遭到傳送帶對它施加的一個滑動磨擦力的作用,隨著物品運動速率的不斷減小,它與傳送帶之間的滑動磨擦力系數也就越來越小,物體的遭到的磨擦力漸漸減少,物品的加速度急劇漸漸減少。當被傳送物品的速率等于傳送帶的速率時,兩者相對于地面做勻速直線運動,無相對滑動現象。由于動磨擦系數不易測得,在此過程中,可用動能定律或動量定理估算磨擦力的大小,只是用此方式得出的磨擦力的大小是一個平均值。
平常,我們把物品放上傳送帶時,覺得物品與傳送帶以同樣的速率進行運動,而沒有覺得物品加速過程。這是由于傳送帶的運行速率較低,物品的加速過程頓時完成,因而于我們沒法覺得到。
上述結果是水平方向的初速率為零的物品與傳送帶之間的磨擦力的受力剖析。物品相對于地面運動的水平初速率小于傳送帶時,放置在傳送帶進行輸送的受力剖析,也可采用此方式。此時,物品會遭到一個傳送帶施加的與運動方向相反的滑動磨擦力,以妨礙物品與傳送帶的相對運動。隨著物品運動速率的不斷降低,它與傳送帶之間的滑動磨擦力系數也就越來越小,物體的遭到的磨擦力漸漸減少,物品的加速度急劇逐步降低。在逐步減少的變磨擦力作用下,物品相對于傳送帶做變減速直線運動,直到兩者的速率相等時為止。其后,兩者一起做勻速直線運動。
4、汽車運動過程中的磨擦力
隨著車輛工業的大力發展,加上人們對生活品質和工作效率的追求,車輛逐漸成為人們的出游工具,車輛行進中的磨擦力漸漸成為數學學的受力剖析的常見問題。行駛中的車輛,不論是加速行駛還是減速行駛,車輪與地面之間就會形成相對滑動,在車輪與地面間還會形成一個滑動磨擦力,以妨礙它們之間相對滑動。車輛在勻速直線行駛的過程中,頓時與地面接觸的車輪邊沿上各點,與地面無相對滑動現象,內胎與地面間發生靜磨擦;此時,因為車胎接觸點相對于地面的瞬時線速率為零,在地面上都會留下清晰的輪轂花紋痕跡;同時,這也印證車輪周邊與地面接觸的時刻,二者并無相對滑動。但是,盡管二者并無相對滑動,并且車輪接觸點與地面之間存在相對滑動的趨勢,車輪仍然遭到地面施加的靜磨擦力的作用,磨擦力的方向為車輛運動方向。
車輛在運動過程中,倘若車輪做純滾動運動,這么它就遭到靜磨擦力的作用;假如在車輪和地面接觸處存在塑性形變,這么都會形成滾動磨擦;車輪與地面發生相對滑動時,車輪會遭到地面施加的滑動磨擦力的作用;同時,車輛在運動過程中,因為車身與空氣之間發生相對運動,也會形成一個空氣施加的磨擦力的作用。
因而,車輛在水平道路上正常行駛時,因靜磨擦力很小,車輪可近似為純滾動,則其合扭力為:
車輛在水平橋面上行駛時,倘若車輪與地面之間發生滑動磨擦,車輪所遭到的合扭力為:
非常是車輛車輪在水平道路上勻速行駛時,其轉軸力偶所受轉矩為:
又因為M滾特別小,即M滾近似為零,于是:
為車輛的牽引力,因此車輛在水平道路上勻速行駛時,車輪遭到的靜磨擦力與牽引力斜視相等。
在制動過程中,車輛車輪與在地面上滑動,因為滾動磨擦與空氣阻力遠大于滑動磨擦的作用,因此車輛制動時主要是滑動磨擦的作用。這時,用動能定律或動量定理來對磨擦力進行求解。
5、結語
磨擦力是最常見的力之一,實際生活中處處可見,沒有磨擦力的存在,行走、吃飯、寫字等活動將難以進行。化學學對磨擦力進行了重點研究,通過對磨擦力的理論剖析,積極合理地借助磨擦力,最大限度地惠及人類,降低磨擦對人們導致的不利影響,讓化學學知識在生活中得到充分的借助。
參考文獻：
[1]人民教育出版社數學室.全日制普通中級學校數學(第一冊)[M].上海:人民教育出版社,2006.