科学四下第四单元《摩擦力的秘密》参考资料

科学四下第四单元《摩擦力的秘密》参考资料

【摩擦】

在日常生活中摩擦是非常重要的现象。如果让摩擦单独起作用，它会使每一个转动的物体停止转动，使直线运动的物体趋于静止。在汽车中，大约20%的发动机功率用于克服摩擦力。摩擦使运动部件磨损，甚至使部件被卡住。在工程技术上，为了研究如何克服摩擦花费了大量的时间。另一方面，如果没有摩擦，我们就不能走动，就拿不住铅笔（即使能拿住也无法书写），就不能用车子运输。

【静摩擦力】

当一个物体在另一个物体的表面上滑动时，每一个物体都对另一物体施以摩擦力。作用在每一物体上的摩擦力和它相对于另一物体的运动方向相反。摩擦力自动地阻碍物体的运动，而不会推动物体运动。只要有相对运动趋势，即使没有相对运动，两物体的接触面之间也有摩擦力存在。即当两物体之间存在着相对运动趋势时，我们对其中一物体施力，在两物体的接触面上会产生与所施力方向相反的摩擦力，其大小与所施力相等，直到两物体发生相对运动，这种摩擦力叫做静摩擦力。实验表明：静摩擦力在很大范围内，近似地与接触面积无关，与正压力成正比。

【动摩擦力】

作用在相对运动的两物体表面之间的摩擦力叫做动摩擦力。动摩擦力遵从与静摩擦力相同的两条定律：(1)在很大的范围内，它近似地与接触面积无关。(2)它与正压力成正比。此外，动摩擦力在一定程度上还与两物体表面相互滑过的相对速率无关。

意大利科学家芬奇曾用实验发现了上述两条定律。芬奇关于这两条定律的陈述是了不起的，因为它是在牛顿发展了力的概念之前约两个世纪做出的。芬奇的陈述是：(1)尽管接触面可以有不同的宽度或长度，在运动开始时同样重量所引起的摩擦将具有相等的阻力。(2)如果将重量加倍，则摩擦使我们推动物体所费的劲也加倍。法国科学家库仑做了许多关于摩擦的实验．并且指出了静摩擦与动摩擦之间的差别。

【摩擦产生的原因】

在原子的尺度上，即使最精细抛光的表面也决不是平面。实际上，当两个物体接触时，实际的微观接触面积比表观的宏观接触面积小得多；在特殊情况下，这两个面积之比很容易做到1：10000。

图中，上面物体正在下面物体上向右滑动，它表明发生表面黏附有两个焊点。要破坏这些焊点以维持运动就必须施力。

实际的（微观的）接触面积与正压力成正比。因为在接触点处有很大的应力，在这些应力的作用下，接触点产生了塑性形变。许多接触点实际上变成“冷焊”焊在一起。因为在接触点处，两表面上的分子是如此接近，以至于它们以很强的分子间力相互作用着，故发生了表面黏附的现象。

当一物体（比如说一块金属）在另一物体上被拉动时，摩擦阻力就伴随着成千上万的细小焊点的破裂而产生，当新的偶然接触发生时，就连续形成新的细小焊点。放射性示踪实验表明，在焊点破裂过程中，一个金属表面可能被切下一些小片而黏附到另一表面上去。如果两表面的相对速度足够大，则即使感到整个表面只有一点点热，也可能在某些接触地方发生局部熔化。

阻碍一个物体在另一物体上滚动的摩擦力比滑动时小得多，这正是轮子比雪橇的优越之处。这里摩擦的减小主要是由于在滚动中微观接触焊点是被“剥开”的，而不像在滑动摩擦中是被“切开”的。这可使摩擦力减小到原来的几分之一。