摩擦类型与摩擦力的几点辨析

陈旭东

[摘 要]摩擦是一种常见的物理现象，是物体接触面之间由于物体间的相对运动或相对运动趋势而产生阻碍其运动的特性，其中阻碍物体运动或趋势的力称为摩擦力。但纵观中学物理教材，人教版必修1中3.3节、苏科版8.3节、人教版8.3节、沪科版6.5节等，对摩擦与摩擦力的涉及都显得简单粗略。在中学物理教学中一些物理教师和学生对摩擦的认识还很模糊，因此有必要进行相关探索，以期达到学以致用的教学目的。

[关键词]静摩擦；静摩擦力；滑动摩擦；滑动摩擦力；滚动摩擦；力偶矩

[中图分类号]G633.7[文献标识码]A[文章编号] 16746058（2017）35004901

中学物理教材没有直接给出摩擦的定义，而是举例说明，依据力的平衡条件，给出相应摩擦力的大小、方向。这样安排固然有简化课本内容、降低知识难度和深度、减轻学生负担的目的，但实际教学中，有的学生似是而非，不懂装懂，严重影响教学实效，所以适当加深学生对摩擦以及摩擦力的理解很有必要。

一、静摩擦与静摩擦力

关于静摩擦，中学物理教材乃至一些大学基础物理教材都没有给出定义，笔者在教材的基础上加以提炼，给出了如下定义，即物体在另一个物体表面有相对运动趋势而未有运动路程的现象叫作静摩擦，其中阻碍物体间发生相对运动的力叫作静摩擦力。

二、滑动摩擦与滑动摩擦力

当一个物体在另一个物体表面发生相对滑动时，物体接触面上产生的阻碍它们滑动的现象叫作滑动摩擦，其中阻碍物体滑动的力就是滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向总是沿着接触面与物体的相对运动相反方向的，其大小，经大量实验表明与正压力的大小成正比，与接触面的粗糙程度有关，用f表示滑动摩擦力，N表示正压力，μ表示动摩擦因数，写成公式即为f=μN。这就是经典的阿蒙顿库仑定律，近似反映了摩擦的规律，是中学物理滑动摩擦的主要理论依据，进一步分析有：物体相互接触且有压力，接触面粗糙且有相对运动，与物体的运动速度和接触面积大小无关。

三、滚动摩擦与滚动摩擦力偶矩

人教版高中物理必修1中《摩擦力》一节，简单地用一句话交代了滚动摩擦，滚动摩擦是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦。其实具体地讲，滚动摩擦是一个物体在另一个物体上滚动或有滚动趋势时，在接触面处产生不对称变形而引起的一种阻碍物体滚动的现象。滚动摩擦的大小用滚动摩擦力偶矩M来量度，且与正压力成正比，比例系数δ为滚动摩擦因数，它具有长度的量纲，在数值上相當于弹力对滚动物体质心的力臂，δ和接触面的材料、粗糙程度和滚动速率等有关，需要实验来测定。因此教材中的“在压力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦小”，其实是克服滚动摩擦力矩使物体运动需要的力比克服滑动摩擦力使物体运动所需要的力小得多，可理解为使重为G的同一物体在同一支撑面滑动和滚动时施加的拉力F1大于F2，即F1=f=μG，F2=f=δG，由相关资料可知μδ，所以F2F1，一般来说，F2只有F1的1/60到1/40

，这就是教材中所说的由来。

四、关于摩擦的常见错误辨析

在摩擦教学中，相信很多教师都或多或少地遇到学生把物体滚动或者转动时产生的摩擦认定为滚动摩擦，事实真是这样吗？如削铅笔时，铅笔与卷笔刀之间的摩擦；自行车行进中刹车时，刹车皮与车轮之间的摩擦，很多学生认为是滚动摩擦，其实却是滑动摩擦，问题在于学生没有理解这两种摩擦的本质特征，这就需要教师指出：滑动摩擦是某一物体在另一物体表面上相对运动的过程中，始终有一接触面保持不变；而滚动摩擦是一物体在沿另一物体表面相对运动的过程中，物体间两接触面均在改变，因此可以根据物体在运动过程中两接触面是否改变来判断摩擦类型。如在刹车时，刹车皮这一接触面始终不变，虽然车轮滚动，但仍属于滑动摩擦。

摩擦力有阻碍物体的相对运动或相对运动趋势的作用，其方向总是与相对运动方向相反，而不是与运动方向相反，很多学生弄不清楚，认为摩擦力就一定是阻力，阻碍物体的运动，方向就是运动方向的反方向，殊不知，二字之差，却谬之千里。

摩擦以及摩擦力的形成机制其实是相当复杂的，迄今为止，科学界也没有一个完整统一的定论，而且对静摩擦和滚动摩擦涉及不多，作为教师，虽然只需要应用经典理论和理想模型就可以完成教学，但生命不息，学习不止，作为物理教师，有责任深入了解摩擦以及摩擦力，以便更好地帮助学生学习、理解、应用摩擦，寓教于学，实现师生共同成长。

[ 参 考 文 献 ]

[1]漆安慎，杜婵英.普通物理学教程（力学）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]周衍柏.理论力学基础[M].北京：高等教育出版社，2008.endprint