讓我們從哪些是磨擦力講起。
妨礙表面互相接觸的物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力稱(chēng)作磨擦力。磨擦力本質(zhì)上是電磁力。電磁力是4種基本力中的其中一種力,不僅磨擦力以外,彈力也屬于電磁力。
磨擦力,一般是拿來(lái)描述固體表面之間的互相作用。對(duì)于固體與流體(液體和二氧化碳)之間則用的是阻力來(lái)描述,例如空氣阻力。不過(guò)有時(shí)侯我們也須要考慮固體和液體之間的磨擦力,例如機(jī)械蝸桿之間的潤(rùn)滑油。雖然流體內(nèi)部也還存在磨擦力,這個(gè)就不詳盡討論了。
在宏觀世界中,只有電磁力和引力能夠顯示作用。宏觀物體是由數(shù)目諸多的分子(這兒所說(shuō)的分子,包括原子及離子)構(gòu)成的集合體,宏觀物體間的互相作用電磁力和摩擦力的關(guān)系,不僅引力以外,都是分子與分子之間的電磁互相作用。
磨擦力可分為靜磨擦力、滑動(dòng)磨擦力和滾動(dòng)磨擦力。其中靜磨擦力與其他兩種力不同,滑動(dòng)磨擦力與滾動(dòng)磨擦力都是耗散的,會(huì)減少物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率,并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。
兩個(gè)物體只要有接觸,并有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)就存在靜磨擦力,當(dāng)靜磨擦力超過(guò)一定臨界值時(shí),都會(huì)變靜為動(dòng),此時(shí)這個(gè)值被稱(chēng)之為最大靜磨擦力。靜磨擦力是有益的,與人類(lèi)生活密切相關(guān)。若果沒(méi)有靜磨擦力,鞋帶會(huì)系不緊,杯子也拿不穩(wěn),鐵釘將不能固定物體,我們將會(huì)寸步難行。
兩個(gè)互相滑動(dòng)的物體,除了與互相接觸時(shí)施加的壓力有關(guān),還與物體表面的粗糙程度有關(guān)。一般物體的表面越光滑,相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)物體所遭到的滑動(dòng)磨擦力也就越小。
不過(guò)也有例外,當(dāng)有些材料表面顯得十分光滑時(shí),滑動(dòng)磨擦力反倒會(huì)減小。這是由于,當(dāng)物體互相接觸的表面變光滑了,接觸面積也就變大了,物體與物體挨得更緊密,這反倒使分子間的引力作用提高,磨擦力也就因而變大了。
世界上并不存在絕對(duì)光滑的平面。雖然兩塊磨得十分光滑的金屬,從微觀角度來(lái)看,也是粗糙的。由于物體都是由一個(gè)一個(gè)的分子黏合而成的,放大了看,物體表面也都是凸凹不平的。
從宏觀上來(lái)看,磨擦力正是在分子黏附(偏向于光滑的表面)和凸凹漸開(kāi)線(xiàn)(偏向于粗糙的表面)的共同作用下形成的。
在同樣的條件下,滾動(dòng)磨擦力要比滑動(dòng)磨擦力小好多,正是由于這個(gè)緣由,車(chē)輛的輪子都弄成矩形的。其實(shí)矩形的輪子還在于其才能保持穩(wěn)定性。在古希臘建造金字塔的那種時(shí)侯,還沒(méi)有現(xiàn)代化的設(shè)備,她們就是借助滾木來(lái)搬運(yùn)上噸重的巖石的。可見(jiàn)古人很早就曉得滾動(dòng)相比滑動(dòng)來(lái)說(shuō)更省力,只是還不曉得其背后的真正緣由。
一些書(shū)上說(shuō),當(dāng)物體滾動(dòng)時(shí),物體的接觸面始終在變化,物體所遭到的磨擦力實(shí)際上是靜磨擦力。實(shí)際上滾動(dòng)磨擦力青河磨擦力還是有區(qū)別的。
在相同的條件下,不同的材料,具有不同的磨擦系數(shù)。不僅接觸面的材料不同以外,通常來(lái)說(shuō),物體越堅(jiān)硬,表面越粗糙,互相接觸時(shí)的壓力越大,磨擦力也就越大。從客觀上考慮,磨擦力還與物體接觸面積的大小有一點(diǎn)關(guān)系。磨擦力的大小與接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān)。
雖然,物體與物體之間并不存在真正的接觸。當(dāng)你松開(kāi)心妻子的手時(shí),腦部告訴你,你的手接觸到了他的手。事實(shí)上你真的接觸到了他嗎?答案是并沒(méi)有。緣由在于分子與分子之間存在作用力和引力,看似密不漏風(fēng)的墻,實(shí)際上都是由分子在電磁力的作用下產(chǎn)生的。物體間的互相接觸,從微觀角度來(lái)看,實(shí)際上就是分子間發(fā)生了互相作用。
磨擦力有友好的一面電磁力和摩擦力的關(guān)系,也有不好的一面。要看具體的應(yīng)用場(chǎng)景,是須要減小磨擦力,還是減少磨擦力。例如,各類(lèi)機(jī)械設(shè)備就須要添加潤(rùn)滑油來(lái)降低銹蝕;而人的衣服或則車(chē)胎就須要減小磨擦力,因此我們還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了各類(lèi)款式的紋路;我們制動(dòng)時(shí)用到的就是磨擦力。
其實(shí)一句話(huà),這個(gè)世界須要磨擦力。