關(guān)于摩擦力科學(xué)小論文
一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面運(yùn)動(dòng)時(shí), 在兩個(gè)物體接觸面會(huì)產(chǎn)生一種阻礙運(yùn)動(dòng)的力叫摩擦力。下面給大家分享了有關(guān)摩擦力科學(xué)小論文，一起來看看吧！
【摘要】在日常生活中，人們對(duì)摩擦這種現(xiàn)象并不陌生。由于摩擦力與人的生活息息相關(guān)，所以有關(guān)摩擦力的研究和探索也一直在進(jìn)行著。文章對(duì)常見的干摩擦與濕摩擦進(jìn)行了敘述，描述了他們的基本定義。
【關(guān)鍵詞】干摩擦；濕摩擦；接觸面；高端
摩擦力是物體與物體相接觸時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生一種阻止它們相對(duì)滑動(dòng)的作用力。摩擦是一種極為普遍的力學(xué)現(xiàn)象，在人類生活、生產(chǎn)中無處不在。不僅固體與固體的接觸面上有摩擦（這類摩擦稱為干摩擦），就連固體與液體的接觸面或固體與氣體的接觸面上都有摩擦（這兩類摩擦稱為濕摩擦）。在干摩擦中，摩擦力按其性質(zhì)可分為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力三種。不同性質(zhì)的摩擦力，影響其大小的因素亦不相同。
一、干摩擦力
�。ㄒ唬╈o摩擦力
只要兩物體之間存在著相對(duì)滑動(dòng)趨勢，就會(huì)出現(xiàn)摩擦力。如果滑動(dòng)趨勢不太強(qiáng)，則由于摩擦力的作用，相對(duì)滑動(dòng)不致真正實(shí)現(xiàn)，這時(shí)的摩擦力稱為靜摩擦力fS�？梢婌o摩擦力產(chǎn)生的原因是因?yàn)槲矬w間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢。而相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢產(chǎn)生的原因是有外力作用，因此，產(chǎn)生靜摩擦力的條件不僅包括接觸面不光滑、有正壓力，還需要有外力作用。靜摩擦力的大小與指向都取決于相對(duì)滑動(dòng)趨勢。既然摩擦力是阻止相對(duì)滑動(dòng)的作用力，靜摩擦力的指向自然與接觸面上相對(duì)滑動(dòng)趨勢的指向相反。兩物體都受靜摩擦力的作用，其指向分別與各該物體在接觸面上的相對(duì)滑動(dòng)趨勢的指向相反。靜摩擦力的大小也取決于相對(duì)滑動(dòng)趨勢，沒有相對(duì)滑動(dòng)趨勢，就沒有靜摩擦力，即摩擦力大小為零；一有相對(duì)滑動(dòng)趨勢，靜摩擦力也隨之出現(xiàn)。在一定條件下，物體之間相對(duì)滑動(dòng)趨勢一定，靜摩擦力就具有與之相應(yīng)的一定的大小，這一大小應(yīng)當(dāng)恰恰足以抵消相對(duì)滑動(dòng)趨勢，使相對(duì)滑動(dòng)不致真正發(fā)生。因此，在具體問題中，靜摩擦力的大小往往不能預(yù)先知道，需要根據(jù)“物體之間并不真正發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)”這一條件從動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算出來。情況一旦變了，物體之間的相對(duì)滑動(dòng)趨勢變了，靜摩擦力的大小也就隨之自動(dòng)調(diào)節(jié)，使相對(duì)滑動(dòng)總是不能真的發(fā)生。但是靜摩擦力的自動(dòng)調(diào)節(jié)并不能無限度地進(jìn)行，其最大限度稱為最大靜摩擦力。在不超出最大靜摩擦力的范圍時(shí)，外力越大，靜摩擦力越大。一旦超出最大靜摩擦力的范圍，物體便開始滑動(dòng)，靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。那么最大靜摩擦力與什么有關(guān)呢？實(shí)驗(yàn)查明，最大靜摩擦力fmax與兩物體之間的正壓力N成正比，與接觸面的面積無關(guān)，與接觸面的性質(zhì)有關(guān)（如接觸面的材料、接觸面的粗糙程度等）。即fmax=μSN，其中μS稱為靜摩擦因數(shù)，它取決于接觸面的材料與接觸面的表面狀態(tài)等。實(shí)踐證明fS≤fmax=μSN。
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當(dāng)外力超出最大靜摩擦力的范圍時(shí)，物體便開始滑動(dòng)，摩擦力繼續(xù)存在，只是靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。物體沿著接觸面相對(duì)滑動(dòng)，接觸面上阻止相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力稱為滑動(dòng)摩擦力�；瑒�(dòng)摩擦力的指向自然是與接觸面上相對(duì)滑動(dòng)的指向相反。滑動(dòng)摩擦力的大小隨相對(duì)滑動(dòng)速度而變，相對(duì)滑動(dòng)速度從零逐漸增大，滑動(dòng)摩擦力則相應(yīng)地從最大靜摩擦力fmax=μN(yùn)逐漸減小。通常說滑動(dòng)摩擦小于靜摩擦，將靜止著的物體推動(dòng)比較費(fèi)勁，既以推動(dòng)之后維持勻速運(yùn)動(dòng)則較省力，就是指此而言。但相對(duì)滑動(dòng)速度過分大的時(shí)候，滑動(dòng)摩擦力又急劇增大。我們可以采取控制變量法，通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確驗(yàn)證在動(dòng)摩擦因數(shù)一定時(shí)，滑動(dòng)摩擦力的大小正比于接觸面上的正壓力N。但因?yàn)閯?dòng)摩擦因數(shù)較難控制，只粗略驗(yàn)證了在正壓力一定時(shí)，滑動(dòng)摩擦力與動(dòng)摩擦力系數(shù)成正比這一結(jié)論。由此，可得出公式：ｆK＝μN(yùn)，其中μ稱為滑動(dòng)摩擦因數(shù)，它取決于接觸面的材料與接觸面的表面狀態(tài)及相對(duì)滑動(dòng)速度（如圖所示）等。
在一些特殊情況下（例如材料的硬度保持一定，接觸面經(jīng)過一定加工等等），滑動(dòng)摩擦
力幾乎不隨運(yùn)動(dòng)速度而變，并且差不多就等于最大靜摩擦力，即μ=常數(shù)≈μS當(dāng)外力等于動(dòng)摩擦力時(shí)，物體受力還是平衡的，要使物體運(yùn)動(dòng)，就必須增大外力。
二、濕摩擦力
物體相對(duì)于液體或氣體（稱為流體）而運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿著接觸面上也有阻止相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力，這種摩擦力稱為濕摩擦。物體浸沒于液體或氣體中，運(yùn)動(dòng)時(shí)除了受到濕摩擦力外，同時(shí)還有另一種效應(yīng)，即在接觸面上，物體受到液體或氣體的壓力，這壓力的'指向垂直于接觸面，而且迎面所受壓力大于背面所受壓力，因而物體所受壓力的總效果也是阻止物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由此而引起的阻力稱為介質(zhì)阻力，并且一般來說，介質(zhì)阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濕摩擦力。介質(zhì)阻力和濕摩擦力的本質(zhì)完全不同，但在物體相對(duì)于液體或氣體的運(yùn)動(dòng)中，它們起著同樣的作用。一般就將介質(zhì)阻力歸到濕摩擦力中，不去追究它們的本質(zhì)。濕摩擦力不同于干摩擦力，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)也就沒有濕摩擦力。所以對(duì)于濕摩擦現(xiàn)象，談不上靜摩擦力。既然不存在靜摩擦，不論多小的力都能推動(dòng)物體使其在液體或氣體中運(yùn)動(dòng)。在干摩擦的情況下，小于最大靜摩擦力的力根本不能推動(dòng)物體�？梢杂弥窀蛽未勾斑M(jìn)，卻從來沒看見過用竹竿撐汽車使汽車前進(jìn)，就是這個(gè)道理。
一旦發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，濕摩擦力也隨之出現(xiàn)。濕摩擦力的指向自然與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度指向相反。至于濕摩擦力的大小則隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的加快而增大。當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)比較慢的時(shí)候，濕摩擦力的大小大致與速度成正比；當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)比較快的時(shí)候，濕摩擦力大致與速度的平方成正比。
物體浸于液體或氣體中，如以一定大小的力去推物體，由于不存在靜摩擦，物體將逐漸動(dòng)起來。物體一開始運(yùn)動(dòng)，濕摩擦力也就出現(xiàn)。起初，濕摩擦力比較小，還小于所加推力，物體仍然繼續(xù)加速。物體速度加快，濕摩擦力隨之而增大。最后，物體達(dá)到某個(gè)速度，其相應(yīng)的濕摩擦力與所加推動(dòng)力相等，物體保持這一速度而作勻速運(yùn)動(dòng)，這一速度稱為極限速度。如物體的初速度超過極限速度，則濕摩擦力大于所加推動(dòng)力，運(yùn)動(dòng)變慢，最后也是達(dá)到極限速度而作勻速運(yùn)動(dòng)。極限速度的大小顯然與所加推動(dòng)力的大小有關(guān)。在力學(xué)中濕摩擦力一般不去分析與研究，主要考慮的是干摩擦力。
三、摩擦力帶來的影響
推桌子時(shí),如果沒有推動(dòng),則桌子有一個(gè)向右的運(yùn)動(dòng)趨勢,同時(shí)桌子會(huì)受到一個(gè)向左的靜摩擦力的作用,阻礙它的這種運(yùn)動(dòng)趨勢，使桌子處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。傳遞帶把貨物往上運(yùn)的過程中,如果沒有摩擦,則貨物要沿斜面下滑,所以物體有沿斜面下滑的趨勢,所以傳送帶給了貨物一個(gè)沿斜面向上的靜摩擦力的作用,以阻礙貨物向下滑的運(yùn)動(dòng)趨勢。
假如沒有摩擦力,我們就不能走路了。因?yàn)榧日静环�(wěn),也無法行走。比如在冰上步行,由于冰滑,走不多遠(yuǎn)就累得滿頭大汗。如果沒有摩擦力的話,道路比冰還滑,那時(shí)人們只有伏倒在地上才會(huì)覺得好受些。假如沒有摩擦力,螺釘就不能旋緊,釘在墻上的釘子就會(huì)自動(dòng)松開而落下來。根據(jù)萬有引力定律得知，一切物體就會(huì)在萬有引力的作用下，全部聚集在了一起。家里的桌子,椅子都要聚在一起。給一點(diǎn)推力就都會(huì)散開來,并且會(huì)在地上滑過來,滑過去,根本無法使用。。。
如果沒有摩擦和介質(zhì)阻力,物體只發(fā)生動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化時(shí),機(jī)械能的總量保持不變。這就是摩擦力帶來的影響�？傊�，影響摩擦力大小的因素是固定的，較少的，但其表現(xiàn)形式卻十分多樣化、復(fù)雜化、只有充分了解、控制這些因素，才能充分利用有益摩擦，避免有害摩擦，最大程度地改進(jìn)生產(chǎn)，改善生活。
四、高端物理學(xué)中對(duì)摩擦力的產(chǎn)生的解釋
至到今天，人們對(duì)摩擦力的本質(zhì)認(rèn)識(shí)得不是十分清楚。最早對(duì)摩擦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的代表性人物是文藝復(fù)興時(shí)期的達(dá)·芬奇。他對(duì)表面光滑程度不同的物質(zhì)的摩擦作了比較，提出物體間的摩擦程度取決于物體表面粗糙程度的大小，表面愈粗糙，摩擦力愈大，即固體表面的凹凸程度是產(chǎn)生摩擦的根本原因。這一想法后來逐步被發(fā)展為一種學(xué)說——凹凸說。該學(xué)說認(rèn)為：物體表面無論經(jīng)過何種加工，都必然留下或大或小的凹凸，這種表面凹凸不平的物體相互接觸，就必然產(chǎn)生摩擦。有人對(duì)此做過這樣一個(gè)比喻：固體表面的接觸，猶如把一列山脈翻過來蓋在另一列山脈上一樣。由于它們的相互咬合，所以只有把凸部破壞掉，才能使之滑動(dòng)，這便是產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力的基本原理。這種學(xué)說在很長一段時(shí)間里，受到許多人的支持。
對(duì)于摩擦力的另外一種看法是分子說。這是由英國的物理學(xué)家德薩古利埃提出的。他認(rèn)為，摩擦力產(chǎn)生的原因是摩擦面上的分子力相互交錯(cuò)所致。該學(xué)說指出，物體表面愈是光滑，摩擦面愈是相互接近，表面分子力就愈大，這樣摩擦力也就愈大。但是這種學(xué)說由于加工技術(shù)上的原因，一直沒有得到實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，因而入們對(duì)此很難接受。
進(jìn)入20世紀(jì)以后，分子說逐漸得到很多人的支持。一個(gè)叫尤因的人首先指出因摩擦引起的能量損失，是因固體表面分子引力場的相互干涉所致，與凹凸程度無關(guān)。而另一名著名的學(xué)者哈迪，他進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，從而證明了分子說的正確性。他首先把兩個(gè)物體表面研磨得極光滑，然后來做摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩物體磨得越光滑，它們之間的摩擦力就越少，但是這種光滑水平達(dá)到一定程度時(shí)，摩擦力反而有所增加，甚至兩個(gè)光滑的金屬面能“粘”在一起。而這正好證實(shí)了分子說的觀點(diǎn)：當(dāng)兩個(gè)表面的分子互相進(jìn)入彼此的分子間的引力圈時(shí)，兩者間就能產(chǎn)生強(qiáng)烈的粘合作用，并以摩擦力的形式顯示出來。哈迪的實(shí)驗(yàn)為分子說提供了有力的證據(jù)，分子說因而獲得了廣泛的承認(rèn)，并被進(jìn)一步發(fā)展為“粘合說”。但是，凹凸說并沒有因分子說和粘合說的進(jìn)展而被完全廢棄，它與對(duì)立的分子說和粘合說都持之有據(jù)，言之有理。有人在這兩者的基礎(chǔ)上提出了包含凹凸說內(nèi)容的綜合性的現(xiàn)代粘合論。
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從15世紀(jì)至18世紀(jì)，科學(xué)家們提出的一種關(guān)于摩擦本質(zhì)的理論，嚙合說認(rèn)為摩擦是由于互相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碰撞，產(chǎn)生斷裂、摩損，就形成了對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻礙。
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這是繼凹凸嚙合說之后的一種關(guān)于摩擦本質(zhì)的理論。最早由英國學(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，摩擦?xí)龃�，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。
上世紀(jì)以來，隨著工業(yè)和技術(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)互相接觸的表面，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），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)緊壓著的接觸面上產(chǎn)生了原子性粘合。這時(shí)要使兩個(gè)彼比接觸的表面發(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)，這就產(chǎn)生了摩擦。在現(xiàn)代摩擦理論中，還加進(jìn)了靜電作用。光滑表面摩擦過程中可能帶上異號(hào)電荷，它們之間的靜電作用，也是摩擦力的一個(gè)原因。
綜上所述，摩擦現(xiàn)象的機(jī)理是復(fù)雜的，是必須在分子尺度內(nèi)才能加以說明的。由于分子力的電磁本性，摩擦力說到底也是由于電磁相互作用引起的。
上述理論，已經(jīng)否定了“物體表面越光滑，摩擦力越小”的說法。在非常平滑的物體表面之間，摩擦力是存在的。在教學(xué)中經(jīng)常使用“表面光滑”，其含義是指無摩擦或摩擦因數(shù)等于零的表面，即沒有摩擦力。這是教學(xué)中的一種約定，而并非真的是說兩個(gè)表面光滑。在平玻璃板上推木塊很容易，而在平玻璃板上推與木塊相同質(zhì)量的玻璃時(shí)就不容易了，這說明摩擦力增大了。
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