如何認(rèn)識(shí)滑動(dòng)摩擦力

潘麗君

同學(xué)們都知道中國的神舟九號(hào)已經(jīng)成功地完成任務(wù)并返回，在返回過程中，返回艙都要做一些特殊的處理，為什么要做這種特殊處理，請大家看兩張照片.

第一張照片是俄羅斯超齡服役的“和平號(hào)”空間站碎片墜落太平洋前劃過斐濟(jì)上空的壯觀情景，碎片在劇烈燃燒.第二張照片是我國的神舟九號(hào)返回艙安全返航后的情景，返回艙表面也有被燃燒的痕跡，為什么太空墜落的空間站碎片和神九返回艙會(huì)燃燒呢？這就和我們要談的滑動(dòng)摩擦力有關(guān).

同學(xué)們聽到滑動(dòng)摩擦力可能都覺得陌生，其實(shí)滑動(dòng)摩擦力和我們的生活密切相關(guān)，可以說到處都存在滑動(dòng)摩擦力.例如：拉小提琴時(shí)、滑雪時(shí)、刷牙時(shí)、用鋼筆寫字時(shí)、擦黑板時(shí)，等等.

既然滑動(dòng)摩擦力隨處可見，到底什么是滑動(dòng)摩擦力呢？

兩個(gè)有相對滑動(dòng)的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙它們相對滑動(dòng)的力，此力就叫滑動(dòng)摩擦力.同學(xué)們可能都有拖木箱前進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，木箱拖行過程中，總覺得后面有個(gè)“人”在拉著箱子不讓你前進(jìn)，其實(shí)那個(gè)阻止箱子前進(jìn)的“人”就是摩擦力.為什么會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力呢？

滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生在兩個(gè)接觸面之間.我們用肉眼看到的光滑固體表面，當(dāng)用放大鏡觀察時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其表面是凹凸不平的，好像布滿了山峰山谷一般.經(jīng)過車床加工的金屬表面，峰高可達(dá)5μm，再經(jīng)過仔細(xì)研磨，峰高可減至0.1μm，但這相對于原子尺度仍然是很大的.因此，當(dāng)兩個(gè)物體相互接觸時(shí)，真正接觸的只是物體表面的峰丘.在這些真正接觸的區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)接觸表面的原子之間的距離比較大，從幾埃到幾十埃（1埃=10-10米）.這些原子之間的相互作用力比較弱，與真正接觸區(qū)域相比可以忽略不計(jì)，而接觸區(qū)域的面積之和要比物體表面積小得多.

當(dāng)兩個(gè)接觸面發(fā)生相對滑動(dòng)的時(shí)候，勢必要以剪切的方式破壞原來所有的接觸點(diǎn)，使兩個(gè)接觸表面的凸起部分相碰撞而產(chǎn)生斷裂、磨損，從而形成了對物體運(yùn)動(dòng)的阻礙.平行于接觸表面而使接觸點(diǎn)破壞所需要的剪切力就是摩擦力.所以滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生有三個(gè)條件：①接觸面粗糙；②兩個(gè)物體互相接觸且相互間有擠壓；③物體間有相對運(yùn)動(dòng).

滑動(dòng)摩擦力的大小和方向又該如何計(jì)算和判斷呢？

（1）方向：總是跟接觸面相切，并且跟物體與相對運(yùn)動(dòng)方向相反.所謂相對，仍是以施加摩擦力的施力物體為參照物的.如下圖牙刷的運(yùn)動(dòng).

第一幅圖牙刷靜止；第二幅圖牙刷相對運(yùn)動(dòng)方向向右，摩擦力向左，所以刷毛向左彎；第三幅圖牙刷相對運(yùn)動(dòng)方向向左，摩擦力向右，所以刷毛向右彎.

（2）大小：滑動(dòng)摩擦力f的大小跟壓力成正比，與接觸面的材料、粗糙程度有關(guān).

（3）滑動(dòng)摩擦力的大小比最大靜摩擦力fmax略小.通常的計(jì)算中可以認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.

如何測量滑動(dòng)摩擦力呢？

我們當(dāng)然要自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)前首先要知道實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)用彈簧測力計(jì)拉著木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊處于平衡狀態(tài)，因木塊在水平方向上只受拉力和摩擦力的作用，所以摩擦力和拉力是一對平衡力，即摩擦力的大小與測力計(jì)的示數(shù)相等.我們在實(shí)驗(yàn)過程中要采用控制變量法.下面是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的部分過程和數(shù)據(jù)，同學(xué)們自己也可以試做這個(gè)實(shí)驗(yàn).

由實(shí)驗(yàn)可知影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素有：

①物體所受壓力的大小.在接觸面粗糙程度相同時(shí)，所受壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；

②與物體接觸面粗糙程度的關(guān)系.在物體所受壓力大小相同時(shí)，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大；

③滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面面積無關(guān)；

④滑動(dòng)摩擦力大小與物體運(yùn)動(dòng)速度無關(guān).

練習(xí)

1.在探究滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，用彈簧測力計(jì)（最大刻度為5N）拉著木塊在長木板上勻速沿直線運(yùn)動(dòng)（如圖）.試問：

（1）這時(shí)彈簧測力計(jì)所示的拉力為

N，木坂受到的滑動(dòng)摩擦力為 N；

（2）如果在木塊上再加一個(gè)砝碼，則彈簧測力計(jì)的示數(shù)將 ，滑動(dòng)摩擦力將 （變大/變小/不變）.這一事實(shí)說明：滑動(dòng)摩擦力的大小與 有關(guān).

2.雨后泥路上，人是挑擔(dān)走路滑得厲害還是空手走路滑得厲害？為什么？