關(guān)于摩擦力的本質(zhì)

石家莊市鹿泉區(qū)獲鹿鎮(zhèn)中學(xué) 李衛(wèi)華

摩擦力是八年級(jí)物理第八章第三節(jié)的內(nèi)容，摩擦力產(chǎn)生的原因，即摩擦力的本質(zhì)是什么？早在15世紀(jì)初開始研究摩擦現(xiàn)象時(shí)，人們就在探索這個(gè)問題。

一、凹凸嚙合說

凹凸嚙合說是從15世紀(jì)至18世紀(jì)，科學(xué)家們提出的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論。摩擦力產(chǎn)生在兩個(gè)接觸表面之間。我們用肉眼看到的光滑固體表面，當(dāng)用放大鏡、顯微鏡觀察時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)也是凹凸不平的，好像布滿了高峰山谷一般。嚙合說認(rèn)為摩擦是因相互接觸的物體表面粗糙不平而產(chǎn)生的。兩個(gè)物體接觸并擠壓時(shí)，接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合，當(dāng)兩個(gè)接觸面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，勢(shì)必要以剪切的方式破壞原來的接觸點(diǎn)，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)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙，也就產(chǎn)生了摩擦力。平行于接觸面而使接觸點(diǎn)破壞所需的剪切力，就等于摩擦力。

二、粘附說

這是繼凹凸嚙合說之后的一種關(guān)于摩擦力本質(zhì)的理論，最早由英國(guó)學(xué)者德薩左利厄斯于1734年提出。他認(rèn)為兩個(gè)表面拋得很光的金屬，之間的摩擦力會(huì)增大，這可以用兩個(gè)物體的表面充分接觸時(shí)，它們的分子引力將增大來解釋。摩擦面越光滑摩擦力越小，證明凹凸相互咬合產(chǎn)生了摩擦力，但摩擦面太光滑反而會(huì)增大摩擦力，這就證明原子互相吸引產(chǎn)生摩擦力。比如把一塊金屬鉛用快刀切斷，再把它們對(duì)在一起使勁壓，就會(huì)粘在一起了，壓力越大，粘得越結(jié)實(shí)。

三、新的摩擦粘附論

上世紀(jì)以來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)摩擦理論的研究進(jìn)一步深入，到上世紀(jì)中期，誕生了新的摩擦粘附論。新的摩擦粘附論認(rèn)為，兩個(gè)相互接觸的表面，無論做得多么光滑，從原子尺度看還是粗糙的，有許多微小的凸起。把這樣的兩個(gè)表面放在一起，微凸起的頂部發(fā)生接觸，微凸起之外的部分接觸面間有10-8m或更大的間隙。這樣，接觸的微凸起的頂部承受了接觸面上的法向壓力。如果這個(gè)壓力很小，微凸起的頂部發(fā)生彈性形變；如果法向壓力較大，超過某一數(shù)值（每個(gè)凸起上約千分之幾牛頓），即超過材料的彈性限度，微凸起的頂部便發(fā)生塑性形變，被壓成平頂，這時(shí)互相接觸的兩個(gè)物體之間的距離變小到分子（原子）引力發(fā)生作用的范圍，于是兩個(gè)緊壓著的接觸面上便產(chǎn)生了原子性黏合。這時(shí)，要使兩個(gè)彼此接觸的表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，必須對(duì)其中的一個(gè)表面施加一個(gè)切向力，來克服分子（原子）間的引力，剪斷實(shí)際接觸區(qū)生成的接點(diǎn)，這也就產(chǎn)生了摩擦。

這種說法更能解釋摩擦中機(jī)械能的損失。因?yàn)閮蓚€(gè)物體分子間靠得太近，所以彼此分不清“敵我”，因分子間作用力互相粘在了一起無法分開，而分開時(shí)的“牽扯”造成表面分子的振動(dòng)而產(chǎn)生了熱量。

如今物理學(xué)家對(duì)于摩擦理論的研究仍在不斷持續(xù)中，希望現(xiàn)在的你努力學(xué)習(xí)，將來也能在摩擦理論的研究中做出貢獻(xiàn)。