浅析摩擦表面的物理过程与物理现象

张贝宁

摘要纵观物理中的宏微观世界，摩擦是物理世界中非常常见的现象，其原理也是非常简单的，但它在不同环境中表现出来的作用和表现形式是不一样的，而且大家对摩擦现象及其过程还存在一定误区。因此，本文就对摩擦表面的物理过程和现象做了进一步的解释，并以实例来直观展现出来，让大家正确认识理解摩擦。

关键词摩擦；物理过程；物理现象

摩擦非常常见，它存在于生活中的方方面面，没有了摩擦，世界将不再是世界，而是混沌，我们的生活离不开摩擦，摩擦力更是力中不可缺少的一种。由于摩擦力有时是动静结合，有时又是相互运动的复杂性，容易使人混淆，甚至产生错误的理解，因此，正确认识、理解和充分利用摩擦力对我们有着重要的理论和现实意义。本文着重对摩擦力的起因、分类做了深入的介绍，分析了摩擦力的特点，并通过实验来直观清晰解释了摩擦的产生以及其摩擦过程和摩擦过程中产生的一些现象，使大家能够对摩擦有新的认识和新的思考。

1对摩擦力的深入认识

对于宏观世界来说，物体的表面不会是非常光滑的，而这有凹凸的物体表面相互接触，就必然会产生摩擦。也就是说当一个物体沿着接触面的切线运动或者有相对运动趋势时，就存在一个阻碍它们运动的力，这种力就是摩擦力。对于微观点角度来说，摩擦力就是2个物体接触的表面，它们的分子表面还是粗糙的，存在着凹凸面，当2个分子间的压力大于他们的弹性形变的限度时，这2个分子就会发生粘合，而当物体有运动趋势时，就要克服这个分子间的引力。因此摩擦力产生的条件就是两个物体的表面是粗糙的，他们之间相互接触而且有力的作用，同时它们有相对的运动或运动趋势。

在高中的物理知识框架上，摩擦力又可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力3种，它们主要从宏观的世界中解释展现出来。当2个物体是相互接触的，而且它们之间没有相对运动趋势，这样子的摩擦叫做静摩擦力，例如传送带上的产品；若是这2个相互接触的物体发生了滑动的现象，那么它们之间的摩擦力叫做滑动摩擦力，例如自行车上的刹车系统；加入这2个物体发生的是相对的滚动运动，那么这就叫做滚动摩擦力，比如汽车的轮子在滚动。生活中处处存在着摩擦力，没有了摩擦力人就走不动，汽车也开不动，吃不了东西，写不了字，工作也做不了，什么都没有也动不了。

对于不同类型的摩擦其摩擦力的大小是不一样的，它们的计算方法也不一样。对于静摩擦力来说，因为物体没有发生相对的运动，两个物体是处于相对静止状态，但他们之间又有力的作用，所以接触面就有一定大小的摩擦力。静摩擦力有一个最大的限制范围，其最大值是滑动摩擦力，最小为零，即0≤F摩≤FN，其大小与物体相对运动的趋势强弱有关，当物体的相对运动趋势越强，其静摩擦力就越大。

对于滑动摩擦来说，其大小跟作用在物体上的压力和物体表面的粗糙度有关，根据实验以及经验验证，其计算公式为F，其中μ表示滑动摩擦因数，N表示作用于接触面的正压力大小，与物体的重力大小、速度大小等无关。

类似于滑动摩擦，滚动摩擦力的大小也是由F=μ所得，不同的是μ代表滚动摩擦的摩擦系数，滚动摩擦的方向跟物体的相对运动方向相反。

对于这些摩擦力来说它可以做正功，也可以做负功，甚至还可以不做功。对于静摩擦力，两物体之间没有相对的运动，它们之间只有机械能，而且这对摩擦力大小相等，方向相反，它们之间的代数和就是零；对于滑动摩擦，比如货车上的货物由于货车突然刹车减速，物体向前倾，并产生滑动现象，但总的来说相对地面还是向前运动的，因此货物对货车做的是正功，货车对货物做的是负功，但总攻等于摩擦力与位移的乘积，并在此过程中产生了热能。

2对摩擦的物理过程及其现象认识和思考

其实对于摩擦力古人很早就有认识，钻木取火就是一摩擦力的表现形式。下面我们就用实例来解释一下物体表面的摩擦的物理过程和物理现象。

首先我们以牙刷来演示一下。我们先把一根新的牙刷水平的轻放在一块粗糙的小木板上，观察到牙刷毛是垂直的，当我们轻轻沿着水平方向施加一个力时，观察牙刷的状态变化，从实验中我们可以看到，牙刷毛慢慢开始发生形变，而且是沿着力的相反方向弯曲，逐渐增大水平施加的力，当力到一定大小，牙刷毛发生形变到一定程度时，牙刷便发生滑动现象。改变施加力的方向会发现，牙刷毛的形变也会相反，而且对于作用在牙刷上的力的大小不同时，牙刷的形变也会不同，同时观察实验可以发现，当力越大，牙刷发生滑动时，牙刷毛的形变程度也会越大，换一块光滑一点的木板进行同样的实验，观察牙刷发生形变的方向和程度与之前有什么差异。通过此实验我们可以清楚认识到摩擦力的方向，以及与摩擦力大小有关的因素，同时我们也可得知静摩擦力与滑动摩擦力的相同点和不同点，从而可以直观解释摩擦力的相关知识。研究完牙刷，我们便可以用黑板擦来演示，用黑板擦来擦除黑板上的粉笔字，观察黑板擦的擦除情况。

对于上面的实验只是对摩擦力的一个表面的认识，要深入认识就需要用实际的数据来研究。我们首先准备几块粗糙程度不一的长木板，一个拉力弹簧，几个接触面积相等、质量不一和质量相等、接触面积不等的小重物。首先我们得知道这些重物的质量，然后将其中一个比较轻的重物放在木板表面比较光滑的上面，用弹簧水平的拉重物，并记录力的大小，当拉重物以均匀的速度前行时记录数据，改变速度大小，以加速的方式前行，观察并记录力的大小，然后以减速的方式前行，再观察并记录力的大小。换粗糙度较大的木板进行同样的实验并记录相关数据，当所有木板都试过以后，改用質量较大的重物进行前面的实验并记录相关数据，前面的实验要保证接触面积是相等的。接着我们就进行接触面积不等的实验，实验完以后，再将水平拉力改成有一定倾斜角度的拉力进行实验或者将水平的木板倾斜一定角度放着，以相对与木板的水平方向拉重物进行实验。通过上面的实验，我们进行数据的整理便可得知摩擦力具体与那些因素有关，而且可以得出它们之间的相关式。

3关于摩擦力的应用

通过设计并完成实验来亲自体验，这样才能有更深入的认识，实验完后还可以举一反三，加深对摩擦力的认识，比如翻书，对书本施加一定的力来翻开书本，还有写字，笔芯在纸上滚动或者滑动才能写出字来，还有洗手、拧水瓶盖等等。摩擦力有利有弊，对于生活在摩擦力环绕的世界中没有说是利大还是弊大，就拿火车飞机来说，火车飞机在运动过程中空气的阻力是我们不想要的，然而对于刹车的时候，这又显得是必要的；自行车轮胎的花纹就是为了增大摩擦的，还有传送带是利用摩擦力来进行传送物品的等这些都是有利的，然而空气摩擦力却不利于物体的加速，很多摩擦也会消耗一大部分的机械能，还会产生磨损状况，比如电动机，各种摩擦缩短了零件的使用寿命。

4结论

对于摩擦表面的物理过程和物理现象就是探究摩擦的产生过程以及表现形式，这些我们可以通过研究摩擦力的大小方向等特性来直观展现出来，所以我们也就可以通过实验来研究这些对摩擦可能产生影响的因素来探究其物理过程和物理现象。endprint