一個接觸面不可能同時存在靜摩擦力與滑動摩擦力

張 亮

(潁上縣教育局教研室,安徽潁上 236200)

本刊2010年第6期有一篇題為《一個接觸面可以同時存在靜摩擦力與滑動摩擦力》的文章,筆者詳細閱讀該文后,對文中提出的3個實例都有疑問,現提出來與原作者及廣大同行商榷.

疑問1:“為讓黑板刷靜止于豎直的黑板面上,對其施加一個垂直于黑板面的水平方向的壓力,此時黑板刷受到4個力:重力、豎直向上的靜摩擦力和垂直于黑板面的水平壓力及黑板面的彈力,在這種情形下再用一個平行于黑板面的水平力推它,是完全可以讓黑板刷沿水平方向運動的,此時黑板刷除受前面4個力外還將受到與運動方向相反的滑動摩擦力作用”.

筆者利用磁性黑板刷多次重復這一實驗:將磁性黑板刷有磁性的一面緊靠在豎直的黑板面上,在黑板刷一側的正中間拴一條細線,用水平力拉著黑板刷前進的時候,黑板刷總會相對于黑板向下滑,而不會沿水平方向運動.筆者不清楚原作者說的“完全可以”是實驗做出來的還是想像出來的.如果這個現象不可能出現,那么原作者的分析就是錯誤的.我們知道滑動摩擦力的方向與物體的相對運動方向相反,靜摩擦力的方向與物體相對運動趨勢方向相反,如果用帶有很長刷毛的刷子做這個實驗,假設原作者的結論是正確的,那么刷毛到底彎向哪個方向呢?

疑問2:“用一輕質細線拴一小物體,細線從水平圓板中間的小孔穿過,讓物體在圓板上做圓周運動,物體受細線的拉力也要受靜摩擦力,二者共同提供其做圓周運動的向心力……仔細推敲靜摩擦力產生的條件之一:有相對運動趨勢就會產生靜摩擦,而物體做圓周運動時必然存在遠離圓心的趨勢,因此接觸面一定存在靜摩擦力”.

物體做圓周運動時必然存在遠離圓心的趨勢是否就是指物體有沿法線方向遠離圓心的趨勢?其實不然,這與物體做何種圓周運動以及有無細線約束都有關.如果是孤立的物體放在粗糙的轉盤上隨轉盤一起勻速轉動,物體有沿法線方向遠離圓心的趨勢,這兩種情況下的運動趨勢是不同的.在原作者舉出的圓周運動實例中,如果接觸面不存在靜摩擦力并不影響物體的圓周運動.因此原作者所說的“接觸面一定存在靜摩擦力”是不可靠的,難以說是一定.

疑問3:“我們在一張紙上畫圓,運筆方向既可沿圓周內側,也可沿圓周外側,無論沿圓周外側還是沿圓周內側,筆尖都有相對紙面向外脫離圓心的趨勢.故要受到指向圓心的靜摩擦力,同時也要受到與筆尖運動方向相反的滑動摩擦力”.

要知道這這里的筆不是孤立的,而是握在手中的,人手運筆的力量是可以調整的.如果沒有指向圓心的靜摩擦力,難道人就不能沿圓周內側或外側畫圓嗎?

在原文中,作者始終用先入為主的觀點解釋文中的幾個實例,即在存在靜摩擦力的前提下進行分析.其實對于接觸面之間是否存在靜摩擦力的分析,既要經得起實驗的檢驗,又要符合嚴密的邏輯推理.可是原文中在這兩個方面做得都不夠.筆者的觀點與本刊2009年第10期王超同志的文章觀點一致:一個接觸面不可能同時存在靜摩擦力與滑動摩擦力.在此不再贅述.