生活中的摩擦力分析

張嘉敏

摘 要：摩擦力作為重要的物理現(xiàn)象在生活中無(wú)處不在。摩擦力帶給人們生活的影響有利有弊，要根據(jù)具體情況采取措施增加或者減少摩擦力，以便利用好摩擦力。本文以生活中“墩布問題”的摩擦力為例，分析了摩擦力的實(shí)際情況，揭示了生活現(xiàn)象背后的物理原理。

關(guān)鍵詞：生活；摩擦力；物理

在人們的生活中，凡是發(fā)生物體接觸的地方都會(huì)出現(xiàn)摩擦力。例如用力推放在地面上的一個(gè)箱子，沒有推動(dòng)；足球踢出去后會(huì)慢慢停下來(lái)……這些都是摩擦力作用的結(jié)果。對(duì)生活中的摩擦力進(jìn)行分析，不僅可以用物理學(xué)科知識(shí)解釋生活現(xiàn)象，還能夠促使人們利用摩擦力解決生活中遇得到的問題。

一、生活中的摩擦力

（一）摩擦力的利與弊

摩擦是普遍存在于生活中的一種力學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)一種物體沿著另一種物體接觸面的切線方向運(yùn)動(dòng)或者出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的時(shí)候，接觸面就會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的作用力，這就是摩擦力。摩擦力的種類一般有三種，分別是滑動(dòng)摩擦力、滾動(dòng)摩擦力和靜摩擦力。摩擦力無(wú)處不在的存在于我們的生活中，那么摩擦力對(duì)于人們的生活而言有哪些利弊呢？

一方面，因?yàn)槟Σ亮δ軌驅(qū)θ藗兩顜?lái)便利，有時(shí)候需要增加摩擦力。例如人們走路要穩(wěn)當(dāng)，鞋底和地面之間就必須有足夠的摩擦。所以在設(shè)計(jì)鞋底的時(shí)候就要會(huì)通過花紋的凸凹效果增加摩擦力；而汽車輪胎上的花紋設(shè)計(jì)目的也是一樣的，就是為了增加摩擦力，防止在雨天、雪天因?yàn)槁坊瑹o(wú)法及時(shí)剎車帶來(lái)的安全隱患。為了實(shí)現(xiàn)特殊天氣中汽車行車安全，除了輪胎自身增加摩擦力的設(shè)計(jì)外，還會(huì)采取在路上撒煤渣、在車上掛防滑鏈等措施，增加剎車摩擦力。

另一方面，有時(shí)候摩擦力能夠困擾人們的生活，要盡力減少摩擦力。例如據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車運(yùn)行中為了克服摩擦，消耗的功率在20%左右，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10%的功率也是用來(lái)克服摩擦力。因?yàn)楫?dāng)前汽車保有量和飛機(jī)使用量不斷增加，摩擦力帶來(lái)的能源浪費(fèi)和設(shè)備零件磨損也是一個(gè)可觀的數(shù)據(jù)，所以減少這方面的摩擦力損耗也是一個(gè)重要課題，需要攻克。

（二）失去摩擦力的生活設(shè)想

既然摩擦力對(duì)于人們的生活來(lái)說(shuō)有利有弊，那么生活中沒有摩擦力會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？

首先，從“衣”方面來(lái)看，如果沒有摩擦力，不僅上衣、褲子穿不上，而且扣子、皮帶也無(wú)法扣住。穿鞋子、戴帽子也會(huì)遇到同樣的情況。

其次，從“食”方面來(lái)看，離開了摩擦力的情況也是難以想象的。沒有摩擦力，勺子、鏟子就無(wú)法使用，蔬菜也無(wú)法被炒熟。即便是有了直接可以食用的事物，也會(huì)出現(xiàn)放不到嘴里的情況。從飲食后人體排泄來(lái)看，也不會(huì)被吸收而直接外排。

第三，從“行”的方面來(lái)看，沒有摩擦力是哪里也去不了的，甚至無(wú)法站立。開車出行更是不可能的，沒有摩擦力的汽車是無(wú)法?？康?。無(wú)論是步行上下樓還是通過電梯上下樓，離開了摩擦力都不會(huì)實(shí)現(xiàn)。愛美的女士們也無(wú)法化妝后出行，因?yàn)榛瘖y品根本附著不到臉上。

第四，從“住”的方面來(lái)看，離開了摩擦力，拿起被子已經(jīng)成為不可能，也沒法蓋上被子。而且床也不能固定在地面上，頭也無(wú)法放在枕頭上。要坐下來(lái)的想法也不會(huì)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樽雷?、椅子也?huì)因?yàn)闆]有摩擦力而散架。

但是，沒有摩擦力也會(huì)帶來(lái)一些好處，例如衣服上不會(huì)沾上灰塵、牙縫里不會(huì)塞進(jìn)菜渣等。所以說(shuō)對(duì)于摩擦力存在的意義要客觀評(píng)價(jià)，而且要趨利避害，利用好摩擦力。

二、基于生活中“墩布問題”的摩擦力分析

墩布是人們?cè)谏钪薪?jīng)常用的物品。在使用中有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)無(wú)論怎么用力都無(wú)法使墩布移動(dòng)的現(xiàn)象，這就是“墩布問題”。關(guān)于這一問題可以用物理原理進(jìn)行摩擦力分析。

（一）圖解分析法

根據(jù)圖1的墩布墩地面模型進(jìn)行受力分析，得到墩布的受力分析模型圖（圖2）。

F表示人使用墩布的作用力，方向是沿著墩布桿向下的，F(xiàn)G表示的是墩布的重力，地面對(duì)墩布頭的支撐力用FN表示，墩布頭和地面之間產(chǎn)生的摩擦力用Ff表示，這時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)墩布頭在工作過程中受到了四個(gè)力，還不能直接利用“三力平衡”圖示法進(jìn)行分析。所以要根據(jù)摩擦力概念和計(jì)算公式，對(duì)圖2中的四個(gè)力進(jìn)行摩擦系數(shù)計(jì)算，得出公式（1）

由此可見，無(wú)論是圖解分析法還是解析分析法，最終得出的結(jié)論都具有相同性。這也啟示我們，如果對(duì)生活中存在的現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行科學(xué)簡(jiǎn)化后，就可以利用物理原理進(jìn)行分析，探究出隱藏在現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉泮霖.論物理力學(xué)在生活中的應(yīng)用[J].中華少年，2017（34）：164.

[2]曹遠(yuǎn)強(qiáng).誰(shuí)都離不開的摩擦力[J].第二課堂（B），2016（08）：12.15.

[3]田潔.摩擦力的探究實(shí)驗(yàn)[J].讀與寫（教育教學(xué)刊），2016，13（06）：130.131+4.