提及磨擦力,人們常常第一印象就是阻撓物體運動的力,可事實上真的這么嗎?雖然生活中磨擦力就和真菌一樣,有些惱人的真菌會引起人體發(fā)生各類癌癥,但同時好多真菌像雙歧球菌等恰是人體離開不了的。磨擦力也是,有好多磨擦力確實是造成機(jī)械銹蝕和故障的誘因摩擦力總是與運動方向相反,但與此同時,人類離開磨擦力可以說哪些都做不了,甚至走路都走不了。好了,話不多說,談?wù)劽魈斓闹鹘牵耗ゲ亮Α?span style="display:none">fxo物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
關(guān)于磨擦力
目前,化學(xué)學(xué)上對磨擦力的定義是:妨礙物體相對運動(或相對運動趨勢)的力稱作磨擦力。
依據(jù)物體和接觸面的運動情況可以簡單分為:滑動磨擦力,靜磨擦力和滾動磨擦力(實際上滾動磨擦力本質(zhì)上也是靜磨擦力,旁邊有機(jī)會會和你們詳盡剖析)。
磨擦力
滑動磨擦力
在所有的磨擦力類型中,滑動磨擦力是最常見也最容易理解的。由于存在相對滑動,所以形成磨擦力,磨擦力的方向和相對滑動的方向相反。在右圖中,小人推著木架以速率v在水平面上往右運動,此時地面給木架一個相反方向的磨擦力f,方向向左,特別值觀,好理解。并且這個磨擦力f的大小和袋子的重量成反比,所以越重的袋子越難加快。我們把和磨擦力和正壓力的比值叫做磨擦質(zhì)數(shù)μ。
滑動磨擦力
靜磨擦力
還是剛剛的這個小人推袋子的模型,假若由于袋子太重,小人推不動而沒有和地面發(fā)生相對滑動,此時有磨擦力的存在嗎?有的,這個時侯的磨擦力就是靜磨擦力。不要忘掉了磨擦力的定義,妨礙相對運動趨勢的力也叫磨擦力。怎樣判別相對運動的趨勢呢?辦法就是假定接觸面沒有磨擦力,物感受如何運動,即是運動的趨勢。例如下邊這個袋子,假如和地面之間沒有磨擦力,這么很容易的會被推向左側(cè)運動,這么相對運動趨勢就是往右的,所以這個時侯遭到的靜磨擦力f方向就是向左的。
靜磨擦力
關(guān)于單車模型
車輪所遭到的磨擦力類型
簡單的了解磨擦力的知識之后,我們來討論一下單車車輪遭到的磨擦力的情況。首先,車輪所受的磨擦力是哪一種類型呢?
我們來看,車輪在行駛過程中,車輪邊沿上質(zhì)點轉(zhuǎn)動的線速率和單車運動的速率大小是相同的,每位質(zhì)點的相對于地面的運動都是這兩種運動的疊加,在與地面的接觸點,這兩個速率大小相同,方向相反合速率為0,所以是相對于地面靜止的。得下來在單車正常行駛的過程中車輪所受到的磨擦力類型為:靜磨擦力。
接觸點合速率為0,相對地面靜止
磨擦力方向的判定
了解車輪受的磨擦力是靜磨擦力以后,我們用到前面提及的方式,分別判定一下前后輪的磨擦力方向。
先剖析一下前輪(有動力的時侯)
前輪的轉(zhuǎn)動是鏈條推動飛輪而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn),也就是我們所說的主動輪。我們假定一下假如和前輪相接觸的地面是絕對光滑無磨擦,單車會如何運動?其實,前輪還是會轉(zhuǎn)動,并且單車不會聯(lián)通,也就是我們說的后軸會原地抱死。此時車輪上接觸面的質(zhì)點是向后運動,所以前輪接觸點是有向后運動的趨勢的,由此我們判定前輪遭到的靜磨擦力是往前的。
再來剖析一下后輪。
后輪是遭到輪組往前的推力而運動的,也就是所謂從動輪。同樣的方式,我們假定和后輪相接觸的地面無磨擦,瞧瞧會如何?可能大部份同學(xué)會說,后輪還是和之前一樣往前滾動,可事實上,假如后輪接觸面無磨擦的話,后輪是往前滑動而不是轉(zhuǎn)動。由于輪組給后輪的斥力是過后輪的原點也就是剛體的,是不形成轉(zhuǎn)矩的摩擦力總是與運動方向相反,是不會造成后輪旋轉(zhuǎn)的,所以后輪是會往前滑動。也就是說后輪接觸面上的點是有往前運動趨勢的,由此我們判定后輪遭到的靜磨擦力方向是向后的。而正是這個靜磨擦力由于不過質(zhì)點,提供扭力讓后輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。
這就是單車兩個車輪遭到磨擦力方向相反的緣由了。
假如我們再思索一下,假如是單車在滑行或則推著單車走,兩個輪子的磨擦力方向是如何的呢?這時侯兩個輪子都是從動輪了,和剛剛后輪剖析推論一致都是向后的,那在推著的時侯是哪些力抵消這個磨擦力使單車往前運動呢?就是地面對腳往前的磨擦力啦。
進(jìn)一步了解磨擦力
剛剛我們研究的單車模型,實際上是十分簡單的模型。實際上,我們?nèi)缃駥τ谀ゲ亮Φ难芯课丛V惯^。例如我們常常提及的磨擦力為0的理想界面叫絕對光滑,就是說越光滑的表面磨擦力就越小嗎?事實上,兩塊表面拋的很光滑的金屬之間,因為分子充分接觸斥力會減小,磨擦力反而會減小。所以關(guān)于磨擦力的本質(zhì),科學(xué)家仍在探究中,尚沒有統(tǒng)一的推論。目前是用凸凹漸開線說和黏附說這兩個理論在不同的條件下適用。
好了,關(guān)于磨擦力,就簡單聊到這兒了。經(jīng)過不懈努力,如今總算有將近200的關(guān)注了,謝謝諸位同學(xué)的支持!
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