關於摩擦力科學論文
由於摩擦力與人的生活息息相關，所以有關摩擦力的研究和探索也一直在進行著。下面是小編為大家精心推薦的，希望能夠對您有所幫助。
篇一
摩擦力研析
【摘要】在日常生活中，人們對摩擦這種現象並不陌生。由於摩擦力與人的生活息息相關，所以有關摩擦力的研究和探索也一直在進行著。文章對常見的幹摩擦與溼摩擦進行了敘述，描述了他們的基本定義。
【關鍵詞】幹摩擦;溼摩擦;接觸面;高階
摩擦力是物體與物體相接觸時，在接觸面上產生一種阻止它們相對滑動的作用力。摩擦是一種極為普遍的力學現象，在人類生活、生產中無處不在。不僅固體與固體的接觸面上有摩擦***這類摩擦稱為幹摩擦***，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***這兩類摩擦稱為溼摩擦***。在幹摩擦中，摩擦力按其性質可分為靜摩擦力、滑動摩擦力和滾動摩擦力三種。不同性質的摩擦力，影響其大小的因素亦不相同。
一、幹摩擦力
***一***靜摩擦力
只要兩物體之間存在著相對滑動趨勢，就會出現摩擦力。如果滑動趨勢不太強，則由於摩擦力的作用，相對滑動不致真正實現，這時的摩擦力稱為靜摩擦力fS。可見靜摩擦力產生的原因是因為物體間有相對運動的趨勢。而相對運動趨勢產生的原因是有外力作用，因此，產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於相對滑動趨勢。既然摩擦力是阻止相對滑動的作用力，靜摩擦力的指向 自然 與接觸面上相對滑動趨勢的指向相反。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滑動趨勢的指向相反。靜摩擦力的大小也取決於相對滑動趨勢，沒有相對滑動趨勢，就沒有靜摩擦力，即摩擦力大小為零;一有相對滑動趨勢，靜摩擦力也隨之出現。在一定條件下，物體之間相對滑動趨勢一定，靜摩擦力就具有與之相應的一定的大小，這一大小應當恰恰足以抵消相對滑動趨勢，使相對滑動不致真正發生。因此，在具體問題中，靜摩擦力的大小往往不能預先知道，需要根據“物體之間並不真正發生相對滑動”這一條件從動力學的運動方程 計算 出來。情況一旦變了，物體之間的相對滑動趨勢變了，靜摩擦力的大小也就隨之自動調節，使相對滑動總是不能真的發生。但是靜摩擦力的自動調節並不能無限度地進行，其最大限度稱為最大靜摩擦力。在不超出最大靜摩擦力的範圍時，外力越大，靜摩擦力越大。一旦超出最大靜摩擦力的範圍，物體便開始滑動，靜摩擦力轉變為滑動摩擦力。那麼最大靜摩擦力與什麼有關呢?實驗查明，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，與接觸面的性質有關***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，它取決於接觸面的材料與接觸面的表面狀態等。實踐證明fS≤fmax=μSN。
***二***滑動摩擦力
當外力超出最大靜摩擦力的範圍時，物體便開始滑動，摩擦力繼續存在，只是靜摩擦力轉變為滑動摩擦力。物體沿著接觸面相對滑動，接觸面上阻止相對滑動的摩擦力稱為滑動摩擦力。滑動摩擦力的指向自然是與接觸面上相對滑動的指向相反。滑動摩擦力的大小隨相對滑動速度而變，相對滑動速度從零逐漸增大，滑動摩擦力則相應地從最大靜摩擦力fmax=μN逐漸減小。通常說滑動摩擦小於靜摩擦，將靜止著的物體推動比較費勁，既以推動之後維持勻速運動則較省力，就是指此而言。但相對滑動速度過分大的時候，滑動摩擦力又急劇增大。我們可以採取控制變數法，通過實驗準確驗證在動摩擦因數一定時，滑動摩擦力的大小正比於接觸面上的正壓力N。但因為動摩擦因數較難控制，只粗略驗證了在正壓力一定時，滑動摩擦力與動摩擦力系數成正比這一結論。由此，可得出公式：fK=μN，其中μ稱為滑動摩擦因數，它取決於接觸面的材料與接觸面的表面狀態及相對滑動速度***如圖所示***等。
在一些特殊情況下***例如材料的硬度保持一定，接觸面經過一定加工等等***，滑動摩擦
力幾乎不隨運動速度而變，並且差不多就等於最大靜摩擦力，即μ=常數≈μS 當外力等於動摩擦力時，物體受力還是平衡的，要使物體運動，就必須增大外力。
二、溼摩擦力
物體相對於液體或氣體***稱為流體***而運動時，沿著接觸面上也有阻止相對滑動的摩擦力，這種摩擦力稱為溼摩擦。物體浸沒於液體或氣體中，運動時除了受到溼摩擦力外，同時還有另一種效應，即在接觸面上，物體受到液體或氣體的壓力，這壓力的指向垂直於接觸面，而且迎面所受壓力大於背面所受壓力，因而物體所受壓力的總效果也是阻止物體的相對運動。由此而引起的阻力稱為介質阻力，並且一般來說，介質阻力遠遠大於溼摩擦力。介質阻力和溼摩擦力的本質完全不同，但在物體相對於液體或氣體的運動中，它們起著同樣的作用。一般就將介質阻力歸到溼摩擦力中，不去追究它們的本質。溼摩擦力不同於幹摩擦力，沒有相對運動也就沒有溼摩擦力。所以對於溼摩擦現象，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物體使其在液體或氣體中運動。在幹摩擦的情況下，小於最大靜摩擦力的力根本不能推動物體。可以用竹竿撐船使船前進，卻從來沒看見過用竹竿撐汽車使汽車前進，就是這個道理。
一旦發生相對運動，溼摩擦力也隨之出現。溼摩擦力的指向自然與物體相對運動速度指向相反。至於溼摩擦力的大小則隨著相對運動的加快而增大。當相對運動比較慢的時候，溼摩擦力的大小大致與速度成正比;當相對運動比較快的時候，溼摩擦力大致與速度的平方成正比。
物體浸於液體或氣體中，如以一定大小的力去推物體，由於不存在靜摩擦，物體將逐漸動起來。物體一開始運動，溼摩擦力也就出現。起初，溼摩擦力比較小，還小於所加推力，物體仍然繼續加速。物體速度加快，溼摩擦力隨之而增大。最後，物體達到某個速度，其相應的溼摩擦力與所加推動力相等，物體保持這一速度而作勻速運動，這一速度稱為極限速度。如物體的初速度超過極限速度，則溼摩擦力大於所加推動力，運動變慢，最後也是達到極限速度而作勻速運動。極限速度的大小顯然與所加推動力的大小有關。在力學中溼摩擦力一般不去分析與研究，主要考慮的是幹摩擦力。
三、摩擦力帶來的影響
推桌子時,如果沒有推動,則桌子有一個向右的運動趨勢,同時桌子會受到一個向左的靜摩擦力的作用,阻礙它的這種運動趨勢，使桌子處於相對靜止狀態。傳遞帶把貨物往上運的過程中,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沿斜面向上的靜摩擦力的作用,以阻礙貨物向下滑的運動趨勢。
假如沒有摩擦力,我們就不能走路了。因為既站不穩,也無法行走。比如在冰上步行,由於冰滑,走不多遠就累得滿頭大汗。如果沒有摩擦力的話,道路比冰還滑,那時人們只有伏倒在地上才會覺得好受些。假如沒有摩擦力,螺釘就不能旋緊,釘在牆上的釘子就會自動鬆開而落下來。根據萬有引力定律得知，一切物體就會在萬有引力的作用下，全部聚集在了一起。家裡的桌子,椅子都要聚在一起。給一點推力就都會散開來,並且會在地上滑過來,滑過去,根本無法使用。。。
如果沒有摩擦和介質阻力,物體只發生動能和勢能的相互轉化時, 機械能的總量保持不變。這就是摩擦力帶來的影響。總之，影響摩擦力大小的因素是固定的，較少的，但其表現形式卻十分多樣化、複雜化、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，最大程度地改進生產，改善生活。
四、高階物 理學 中對摩擦力的產生的解釋
至到今天，人們對摩擦力的本質認識得不是十分清楚。最早對摩擦進行實驗研究的代表性人物是文藝復興時期的達·芬奇。他對錶面光滑程度不同的物質的摩擦作了比較，提出物體間的摩擦程度取決於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生摩擦的根本原因。這一想法後來逐步被 發展 為一種學說——凹凸說。該學說認為：物體表面無論經過何種加工，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，就必然產生摩擦。有人對此做過這樣一個比喻：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。由於它們的相互咬合，所以只有把凸部破壞掉，才能使之滑動，這便是產生阻礙相對運動的摩擦力的基本原理。這種學說在很長一段時間裡，受到許多人的支援。
對於摩擦力的另外一種看法是分子說。這是由英國的物理學家德薩古利埃提出的。他認為，摩擦力產生的原因是摩擦面上的分子力相互交錯所致。該學說指出，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。但是這種學說由於加工技術上的原因，一直沒有得到實驗的證實，因而入們對此很難接受。
進入20世紀以後，分子說逐漸得到很多人的支援。一個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。而另一名著名的學者哈迪，他進行了大量的實驗，從而證明了分子說的正確性。他首先把兩個物體表面研磨得極光滑，然後來做摩擦實驗，結果發現，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到一定程度時，摩擦力反而有所增加，甚至兩個光滑的金屬面能“粘”在一起。而這正好證實了分子說的觀點：當兩個表面的分子互相進入彼此的分子間的引力圈時，兩者間就能產生強烈的粘合作用，並以摩擦力的形式顯示出來。哈迪的實驗為分子說提供了有力的證據，分子說因而獲得了廣泛的承認，並被進一步發展為“粘合說”。但是，凹凸說並沒有因分子說和粘合說的進展而被完全廢棄，它與對立的分子說和粘合說都持之有據，言之有理。有人在這兩者的基礎上提出了包含凹凸說內容的綜合性的 現代 粘合論。
***一***凹凸齧合說
從15世紀至18世紀， 科學 家們提出的一種關於摩擦本質的理論，齧合說認為摩擦是由於互相接觸的物體表面粗糙不平產生的。兩個物體接觸擠壓時，接觸面上很多凹凸部分就相互齧合。如果一個物體沿接觸面滑動，兩個接觸面的凸起部分相碰撞，產生斷裂、摩損，就形成了對運動的阻礙。
***二***粘附說
這是繼凹凸齧合說之後的一種關於摩擦本質的理論。最早由英國學者德薩左利厄斯於1734年提出，他認為兩個表面拋得很光的金屬，摩擦會增大，可以用兩個物體的表面充分接觸時它們的分子引力將增大來解釋。
上世紀以來，隨著 工業 和技術的發展，對摩擦理論的研究進一步深入，到上世紀中期，誕生了新的摩擦粘附論。
新的摩擦粘附論認為，兩個互相接觸的表面，無論做得多麼光滑，從原子尺度看還是粗糙的，有許多微小的凸起，把這樣的兩個表面放在一起，微凸起的頂部發生接觸，微凸起之外的部分接觸面間有10-8 m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。如果這個壓力很小，微凸起的頂部發生彈性形變;如果法向壓力較大，超過某一數值***每個凸起上約千分之幾牛頓***，超過材料的彈性限度，微凸起的頂部便發生塑性形變，被壓成平頂，這時互相接觸的兩個物體之間距離變小到分子***原子***引力發生作用的範圍，於是，兩個緊壓著的接觸面上產生了原子性粘合。這時要使兩個彼比接觸的表面發生相對滑動，必須對其中的一個表面施加一個切向力，來克服分子***原子***間的引力，剪斷實際接觸區生成的接點，這就產生了摩擦。在現代摩擦理論中，還加進了靜電作用。光滑表面摩擦過程中可能帶上異號電荷，它們之間的靜電作用，也是摩擦力的一個原因。
綜上所述，摩擦現象的機理是複雜的，是必須在分子尺度內才能加以說明的。由於分子力的電磁本性，摩擦力說到底也是由於電磁相互作用引起的。
上述理論，已經否定了“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。在教學中經常使用“表面光滑”，其含義是指無摩擦或摩擦因數等於零的表面，即沒有摩擦力。這是教學中的一種約定，而並非真的是說兩個表面光滑。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量的玻璃時就不容易了，這說明摩擦力增大了。
【 參考 文獻 】
[1]徐行.力學[M].內蒙古人民出版社，1993.
[2]樑昆淼.力學***上冊***[M].高等 教育 出版社，1998.
[3]李迺伯.物理學[M].高等教育出版社，1999.
[4]李椿，夏學江.大學物理[M].高等教育出版社，1998.
篇二
靜摩擦力淺議
摘 要：當兩個互相接觸並處於相對靜止的物體間存在相對運動趨勢時，就有靜摩擦力產生。靜摩擦力的方向與相對運動趨勢方向相反，與接觸面相切，最大靜摩擦力跟物體接觸面間的正壓力成正比。
關鍵詞：靜摩擦力;最大靜摩擦力;平衡狀態。
在教學過程中，經常發現不少學生分析靜摩擦力時，時常會出現錯誤的判斷，究其原因，在於這些學生沒有真正理解靜摩擦力產生的條件及其特點。當兩個互相接觸並處於相對靜止的物體間存在相對運動趨勢時，就有靜摩擦力產生。靜摩擦力的方向與相對運動趨勢方向相反，與接觸面相切。為了幫助學生正確處理有關靜摩擦力的問題，現介紹以下兩種方法。
1、根據靜摩擦力產生的條件分析
產生靜摩擦力的充要條件是：
① 兩物體接觸;
② 兩物體互相有壓力;
③接觸面不光滑;
④兩物體間有相對運動趨勢。
其中前三個條件比較容易判斷。但兩接觸物體間有無相對運動趨勢成為判斷靜摩擦力的依據。"相對運動趨勢"必須是彼此接觸的兩個物體互為參照物，而不是以兩個物體之外的物體為參照物。通常可用假設法：先假設接觸面是光滑的，看被研究的物體相對於接觸面是否運動，向何方運動，即為運動趨勢方向若運動則有靜摩擦力，其方向與相對運動方向相反;不運動則無靜摩擦力。
再例如：試判斷自行車後輪在滾動時受到的靜摩擦力的方向。
分析：先假設自行車後輪與地面沒有摩擦力，可以明顯看到後輪與地面的接觸點相對與地面是向後運動的，則說明後輪相對於地面有向後運動的趨勢，所以後輪受到地面的靜摩擦力是向前的。 2、根據物體運動狀態分析
①根據物體的平衡條件來分析靜摩擦力。
當物體處於平衡狀態時，可根據平衡條件ΣF = 0來分析靜摩擦力。
例如：如圖所示，一木塊放在水平桌面上處於靜止狀態，木塊在水平方向上受到F1和F2的作用力，其中F1=10N，F2=6N，求木塊受到的靜摩擦力的大小。
***注：上圖左邊直線上方標註F1，左邊直線上方標註F2***
分析：由於木塊處於靜止狀態，因此木塊在水平方向上合力為0，即水平向左的力等於水平向右的力，即F2 +f = F1， 計算可得靜摩擦力等於4N。
② 根據牛頓第二定律來分析靜摩擦力。
如果物體處於非平衡狀態，可以根據牛頓第二定律來分析靜摩擦力。
例如：物體A放在水平放置的圓盤B上，隨B一起作勻速轉動，試分析物體A受到的靜摩擦力的方向。
分析：物體A在豎直方向上受重力G和盤對它的支援力N的平衡，而A在水平面內作勻速圓周運動，A作勻速圓周運動所需的合力***向心力***，只有靠圓盤B對物體A的靜摩擦力來提供，由於向心力的方向是沿半徑指向圓心的，所以，靜摩擦力的方向也是沿著半徑指向圓心的。
3、靜摩擦力的大小：用較小的力推桌子，桌子沒動，根據二力平衡條件，靜摩擦力與較小的推力相等;用較大的力來推，若仍然不動，靜摩擦力與較大的推力相等，所以靜摩擦力是隨著物體所受外力的大小而變化的，它的作用就是阻礙物體間發生相對運動。不過，靜摩擦力並不能無限度的增加，當我們逐漸增加推桌子的力，桌子終究會動起來，在從靜到動的一剎那，靜摩擦力不能增加了，它達到了最大值，這個最大值叫最大靜摩擦力。實驗表明：最大靜摩擦力跟物體接觸面間的正壓力成正比。
理解靜摩擦力的含義需注意以下幾點：
1***靜摩擦力不是一個不變的力，它隨著外力的增大而增大。
2***用公式算出的是最大靜摩擦力，不一定是實際摩擦力。例如：用手握一個瓶子，為什麼瓶子越重手握得越緊?
分析：當手把瓶子握住時，瓶子在豎直方向受到了兩個力的作用，向下的重力G 及向上的靜摩擦力F，由於處於平衡狀態，所以G=F，瓶子越重，要把瓶子握住，需要的實際摩擦力越大，由於靜摩擦力不會超過最大靜摩擦力F。所以當瓶子較重時，瓶子與手之間必須有較大的最大靜摩擦力，才能保證實際靜摩擦力不超過它。手把瓶子握得緊，手與瓶子之間的正壓力越大，最大靜摩擦力也越大，但當最大靜摩擦力增加時，實際靜摩擦力並不一定增大，因此，當瓶子平衡時，它所受到的靜摩擦力F總是等於物體的重量G。由本題可見，最大靜摩擦力和靜摩擦力是兩個不同的概念。
4、教師在講授靜摩擦力這一問題時，需要注意的問題有：要向學生提出"以課本為主，課前要預習，要學會讀書"的 要求，向學生指出靜摩擦力的定義和特點，這些定義和 規律是什麼意思?在日常生活生產實踐中，有哪些例項?可以在黑板上列出如下提綱：什麼叫靜摩擦力?是否兩個物體接觸就一定產生靜摩擦力?靜摩擦力和哪些因素有關?通過預習提綱引導學生邊閱讀邊思考。幫助他們有的放矢的進行閱讀教材。
另外，可以通過實驗更好的幫助學生理解靜摩擦力，同時通過實驗還可以增加趣味性。
總之，在教學過程中分析靜摩擦力時只要採用正確的方法，就會避免錯誤的判斷，對於學生真正理解靜摩擦力產生的條件及其特點有重要意義。
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