淺談摩擦力及其影響的因素

程璨

日常生活中，有很多有趣的現(xiàn)象：高速行駛的汽車?yán)脛x車可以停下來(lái)，足球場(chǎng)上踢出去的足球會(huì)慢慢停下來(lái)，陷入泥沼的汽車要在輪胎下墊砂石才能開(kāi)出來(lái)，袋裝的糧食放在傳送帶上運(yùn)動(dòng)卻不會(huì)掉下來(lái)，游泳運(yùn)動(dòng)員為了取得更好成績(jī)?cè)趨①惽皶?huì)把體毛剃干凈……

這些有趣現(xiàn)象的背后都有一種共同的力量存在，那就是當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體發(fā)生運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，它就是摩擦力。

在日常生活中，摩擦力無(wú)處不在。沒(méi)有摩擦力，人們就無(wú)法行走，奔跑也無(wú)法停下來(lái)；沒(méi)有摩擦力，人們甚至無(wú)法將手上的灰塵洗掉，用拖把掃地、用抹布擦桌子，也全都依賴于摩擦力。沒(méi)有了摩擦力，所有物體就會(huì)一直勻速運(yùn)動(dòng)或者保持靜止?fàn)顟B(tài)。沒(méi)有摩擦力，就不會(huì)產(chǎn)生能量損耗，機(jī)械能就會(huì)保持不變。真無(wú)法想象沒(méi)有摩擦力的世界會(huì)是一個(gè)什么樣子。

當(dāng)人在地面上步伐穩(wěn)健地邁向前方時(shí)，鞋底會(huì)與地面之間產(chǎn)生靜摩擦力促使人前進(jìn)；當(dāng)人騎著自行車穿梭在田野間時(shí)，飛奔的車輪與地面之間形成了動(dòng)摩擦力。從這里我們知道，摩擦力可以分為靜摩擦力和動(dòng)摩擦力。

什么是靜摩擦力呢？?jī)蓚€(gè)相互接觸的物體，接觸面始終保持相對(duì)靜止，當(dāng)他們存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的時(shí)候，在他們的接觸面上就會(huì)產(chǎn)生阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，我們稱為“靜摩擦力”。通常來(lái)說(shuō)，計(jì)算公式為Fmax=μFN，其中，μ為靜摩擦因數(shù)，F(xiàn)N為垂直接觸面間的正壓力。

什么是動(dòng)摩擦力呢？?jī)蓚€(gè)相互接觸的物體，當(dāng)壓力存在并超出最大靜摩擦力時(shí)，物體開(kāi)始滑動(dòng)，摩擦力繼續(xù)存在，此時(shí)的摩擦力變成滑動(dòng)摩擦力，且其力的方向與接觸面相切，并于滑動(dòng)的方向相反。它的計(jì)算方式為F=μFN。FN仍然是垂直接觸面間的正壓力，μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，μ的大小與接觸物體的材料、接觸面的粗糙程度有關(guān)。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步觀察和實(shí)驗(yàn)，我得知影響摩擦力的因素有兩個(gè)：一是兩個(gè)接觸物間的壓力。當(dāng)接觸面粗糙程度一定時(shí)，壓力越大，摩擦力越大。生活中，在天花板上打膨脹螺栓就是用增加壓力的方法增加摩擦力。二是接觸面的粗糙程度。當(dāng)壓力一定時(shí)，接觸面越粗糙，摩擦力越大。在生活中，人們騎單車時(shí)氣癟要比氣飽時(shí)費(fèi)力，就是因?yàn)檩喬獍T時(shí)更粗糙。

早在15世紀(jì)至18世紀(jì)，科學(xué)家們就提出了“凹凸嚙合說(shuō)”，這個(gè)學(xué)說(shuō)認(rèn)為摩擦力是由相互接觸的物體表面粗糙不平產(chǎn)生的。兩個(gè)物體接觸擠壓時(shí)，接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合。如果一個(gè)物體沿接觸面滑動(dòng)，兩個(gè)接觸面的凸起部分相互碰撞，產(chǎn)生斷裂、磨損，就形成了對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙，這被認(rèn)為是一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論。這也解釋了汽車輪胎為什么會(huì)有花紋，以及時(shí)間長(zhǎng)了花紋為什么會(huì)被磨平。

知道了影響摩擦力的因素，我們就可以在生活中利用它。比如說(shuō)拔河比賽，很多人會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為拔河比賽比的是雙方的力氣，實(shí)際上不盡然。對(duì)拔河的兩隊(duì)進(jìn)行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于與地面的最大靜摩擦力，就不會(huì)被拉動(dòng)。因此，增大與地面的摩擦力就成了勝負(fù)的關(guān)鍵。而根據(jù)上面的分析，增加接觸物間的壓力或者增加接觸面的粗糙程度都可以增加摩擦力。對(duì)于前一個(gè)因素，要選擇體格較重的隊(duì)員，并且在關(guān)鍵時(shí)刻用腳使勁蹬地，在短時(shí)間內(nèi)可以對(duì)地面產(chǎn)生超過(guò)自己體重的壓力，或者是人盡量向后仰，借助對(duì)方的拉力來(lái)增大對(duì)地面的壓力等。對(duì)于后一個(gè)因素，要求參賽隊(duì)員穿上鞋底有凹凸花紋的鞋子，增大摩擦系數(shù)，來(lái)增大摩擦力。

當(dāng)然，摩擦力并非都是有益的。很多時(shí)候，它也意味著損耗。比如，機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，經(jīng)常要加入潤(rùn)滑油，就是要減少摩擦力，降低機(jī)器損耗。再如，汽車每行駛一段距離，都要進(jìn)行更換潤(rùn)滑油的保養(yǎng)，這同樣是為了減少高速運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與氣缸間的摩擦力，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

當(dāng)然，截至目前，我對(duì)摩擦力的了解和應(yīng)用還比較淺薄。在今后的學(xué)習(xí)生活中，我將進(jìn)一步深入地學(xué)習(xí)研究，更好地利用它為人類服務(wù)。

（作者單位：河南省南陽(yáng)二中）