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神奇的摩擦

查字典物理网 2015-07-15

在日常生活中常借喻摩擦来描述阻碍进展的力量,例如说某某两个人发生摩擦吵了起来。一提起摩擦人们通常认为它是负面的,应该尽量避免甚至消除,但事实上摩擦是不可或缺的,许多地方我们要利用摩擦力。如果没有摩擦,喝水时我们举不起杯子,吃饭时筷子夹不住菜,就算想走也寸步难行。

一、钻木取火

钻木取火是根据摩擦生热的原理产生的。木头的本身较为粗糙,在摩擦时,摩擦力较大会产生热量,加之木材本身就是易燃物,所以就会生出火来。钻木取火的发明来源于我国古时的神话传说。燧人氏是传说中发明钻木取火的人。人工取火是一个了不起的发明。从那时候起,人们就随时可以吃到烧熟的东西,而且食物的品种也增加了。

摩擦两根木棍是非常古老的生火方法,相比之下,因纽特人的生火棒(下图1)就进步多了。它由一条皮带缠绕着一根直立于木块上的木棍构成。向左右拉放这条皮带就会带动木棍高速旋转,最后木棍尖端会变得很热而点燃火绒。还有我们划火柴使火柴头的化学物质发热而燃烧,利用的也是摩擦生热的原理。

二、摩擦起电

两个物体互相摩擦时,因为不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同,所以其中必定有一个物体失去一些电子,另一个物体得到多余的电子。如用玻璃棒跟丝绸摩擦,玻璃棒的一些电子转移到丝绸上,玻璃棒因失去电子而带正电,丝绸因得到电子而带着等量的负电。用橡胶棒跟毛皮摩擦,毛皮的一些电子转移到橡胶棒上,毛皮带正电,橡胶棒带着等量的负电。上图2是霍克思比1710年发明的最早的摩擦起电机,它利用旋转的玻璃盘和皮革(或丝质布垫)摩擦而产生电荷。

三、气垫导轨、气垫船

气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔。空气再由导轨表面上的小孔中喷出,在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。滑行器就浮在气垫层上,与轨面脱离接触,因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动,极大地减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误差。使实验结果接近理论值。结合打点计时器、光电门、闪光照相等,测定多种力学量和验证力学定律。

与此类似的还有气垫船(如图4),英国的工程师科克雷尔发明的第一艘气垫船于1959年首次公开亮相。同样是利用压缩空气的作用,使船不直接和水面接触,以减少摩擦力,现在全世界许多地方都用气垫船作为横渡平静水面的高速交通工具。

四、拔河

对拔河的两队进行受力分析就可以知道,只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力,就不会被拉动。因此,增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先,穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子,能够增大摩擦系数,使摩擦力增大;还有就是队员的体重越重,对地面的压力越大,摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时,大人很容易获胜,关键就是由于大人的体重比小孩大。

另外,在拔河比赛中,胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如,脚使劲蹬地,在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如,人向后仰,借助对方的拉力来增大对地面的压力,等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力,以夺取比赛的胜利。

五、汽车启动和刹车

汽车启动时,发动机通过变速装置带动驱动轮,让轮胎边通过静摩擦力给轮胎一个向前的反作用力,使车朝前开动。这时,提供给汽车的静摩擦力不能太小,否则汽车可能打滑。另一方面,人们经常给汽车加润滑油,目的尽量减少内部摩擦,减小无用的能量损耗。若没有了润滑油,必然导致机件快速磨损,甚至发热起火。

汽车的刹车是性命攸关的,容不得半点差错.我们有时会看到交通警用卷尺测量肇事汽车刹车印痕的长度,据以确认事故责任。刹车时采用“点刹法”,即快速地踩,放,踩,放……,从而反复利用轮胎跟地面的静摩擦力就能使汽车更快地减速,并保持能让汽车转向的能力,从而可以避免许多损失,而经验不足的驾驶员往往因"一刹到底"而导致事故。

六、分不开的书

我们将两本书逐页交叉地叠放在一起,置于水平桌面上,现在请两个同学将两本书向两侧拉,薄薄的两本书交叠,我们用很大的力却很难将它们拉开。大家想想,这是为什么呢?这就是静摩擦在作怪,虽然一页纸的摩擦力很小但那么多页纸的总摩擦力就非常大了。我们可以进行一下估算,设每页书的质量为m=5克,每本书均为100页,纸面接触处的最大静摩擦力是正压力的μ0倍(μ0=0.3),若A书固定不动,今用水平向右的力F把B书匀速抽出,试问F的值为多大?通过计算可得F约为300N,可见静摩擦力就比较大了。

仔细观察生活,您会发现关于摩擦的例子还有很多很多,神奇的摩擦就在您身边。

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