摩擦力大小与接触面大小有关吗（生活中的摩擦力）

作者：王艾琳

摘要:摩擦力是物体与物体相接触时，在接触面上产生一种阻止它们相对滑动的作用力。摩擦是一种极为普遍的力学现象，在人类生活、生产中无处不在。在摩擦中，摩擦力按其性质可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力三种。不同性质的摩擦力，影响其大小的因素亦不相同。

关键词:摩擦力，相对运动趋势，凹凸啮合说，达芬奇，粘附说

正文

（一）静摩擦力

只要两物体之间存在着相对滑动趋势，就会出现摩擦力。如果滑动趋势不太强，则由于摩擦力的作用，相对滑动不致真正实现，这时的摩擦力称为静摩擦力。可见静摩擦力产生的原因是因为物体间有相对运动的趋势。而相对运动趋势产生的原因是有外力作用，因此，产生静摩擦力的条件不仅包括接触面不光滑、有正压力，还需要有外力作用。静摩擦力的大小与指向都取决于相对滑动趋势。

既然摩擦力是阻止相对滑动的作用力，静摩擦力的指向自然与接触面上相对滑动趋势的指向相反。两物体都受静摩擦力的作用，其指向分别与各该物体在接触面上的相对滑动趋势的指向相反。静摩擦力的大小也取决于相对滑动趋势，没有相对滑动趋势，就没有静摩擦力，即摩擦力大小为零；一有相对滑动趋势，静摩擦力也随之出现。在一定条件下，物体之间相对滑动趋势一定，静摩擦力就具有与之相应的一定的大小，这一大小应当恰恰足以抵消相对滑动趋势，使相对滑动不致真正发生。因此，在具体问题中，静摩擦力的大小往往不能预先知道，需要根据“物体之间并不真正发生相对滑动”这一条件从动力学的运动方程计算出来。情况一旦变了，物体之间的相对滑动趋势变了，静摩擦力的大小也就随之自动调节，使相对滑动总是不能真的发生。

但是静摩擦力的自动调节并不能无限度地进行，其最大限度称为最大静摩擦力。在不超出最大静摩擦力的范围时，外力越大，静摩擦力越大。一旦超出最大静摩擦力的范围，物体便开始滑动，静摩擦力转变为滑动摩擦力。那么最大静摩擦力与什么有关呢？实验查明，最大静摩擦力f _max与两物体之间的正压力N成正比，与接触面的面积无关，与接触面的性质有关（如接触面的材料、接触面的粗糙程度等）。

（二）滑动摩擦力

当外力超出最大静摩擦力的范围时，物体便开始滑动，摩擦力继续存在，只是静摩擦力转变为滑动摩擦力。物体沿着接触面相对滑动，接触面上阻止相对滑动的摩擦力称为滑动摩擦力。滑动摩擦力的指向自然是与接触面上相对滑动的指向相反。滑动摩擦力的大小随相对滑动速度而变，相对滑动速度从零逐渐增大，滑动摩擦力则相应地从最大静摩擦力f_max=μN逐渐减小。通常说滑动摩擦小于静摩擦，将静止着的物体推动比较费劲，既以推动之后维持匀速运动则较省力，就是指此而言。

但相对滑动速度过分大的时候，滑动摩擦力又急剧增大。我们可以采取控制变量法，通过实验准确验证在动摩擦因数一定时，滑动摩擦力的大小正比于接触面上的正压力N。但因为动摩擦因数较难控制，只粗略验证了在正压力一定时，滑动摩擦力与动摩擦力系数成正比这一结论。由此，可得出公式：f＝μ N，其中μ称为滑动摩擦因数，它取决于接触面的材料与接触面的表面状态及相对滑动速度等。在一些特殊情况下（例如材料的硬度保持一定，接触面经过一定加工等等），滑动摩擦 力几乎不随运动速度而变，并且差不多就等于最大静摩擦力，即μ=常数≈μ S 当外力等于动摩擦力时，物体受力还是平衡的，要使物体运动，就必须增大外力。

三、摩擦力带来的影响

推桌子时,如果没有推动,则桌子有一个向右的运动趋势,同时桌子会受到一个向左的静摩擦力的作用,阻碍它的这种运动趋势，使桌子处于相对静止状态。传递带把货物往上运的过程中,如果没有摩擦,则货物要沿斜面下滑,所以物体有沿斜面下滑的趋势,所以传送带给了货物一个沿斜面向上的静摩擦力的作用,以阻碍货物向下滑的运动趋势。

假如没有摩擦力,我们就不能走路了。因为既站不稳,也无法行走。比如在冰上步行,由于冰滑,走不多远就累得满头大汗。如果没有摩擦力的话,道路比冰还滑,那时人们只有伏倒在地上才会觉得好受些。假如没有摩擦力,螺钉就不能旋紧,钉在墙上的钉子就会自动松开而落下来。根据万有引力定律得知，一切物体就会在万有引力的作用下，全部聚集在了一起。家里的桌子,椅子都要聚在一起。给一点推力就都会散开来,并且会在地上滑过来,滑过去,根本无法使用。

比如我们拿一支笔，一段小绳，把绳子缠绕在笔上，我们会发现绳子缠绕的圈数越多越难拉动，如果绳子之间有重叠的话，则更是难以拉动。这中间是否存在其它影响摩擦力的因素呢？我们分析得到：绳子在笔上每绕一圈，绳子与笔之间就多了一圈（无数多个）接触点，两者之间的相互作用就多了无数处，即有更多的地方产生摩擦力，所有的摩擦力叠加在一起，便使合力增大了。若绳子中有重叠，则不止绳子与笔之间，连绳子与绳子之间也会有相互作用，阻碍对方运动。且这时绳子与笔的压力除直接与笔接触的绳子的压力外，也包括绳子与绳子之间的压力，这样摩擦力便急剧增大，以致难拉动绳子。生活中，船靠岸时总是用绳子绑住岸上的桩，也是采用多绕几圈绳子的办法来增大摩擦力的。但这里面并不包括除正压力及动摩擦因数以外的其它影响摩擦力大小的因素。

四、科学家对此的研究

至到今天，人们对摩擦力的本质认识得不是十分清楚。最早对摩擦进行实验研究的代表性人物是文艺复兴时期的达·芬奇。他对表面光滑程度不同的物质的摩擦作了比较，提出物体间的摩擦程度取决于物体表面粗糙程度的大小，表面愈粗糙，摩擦力愈大，即固体表面的凹凸程度是产生摩擦的根本原因。这一想法后来逐步被发展为一种学说——凹凸说。该学说认为：物体表面无论经过何种加工，都必然留下或大或小的凹凸，这种表面凹凸不平的物体相互接触，就必然产生摩擦。有人对此做过这样一个比喻：固体表面的接触，犹如把一列山脉翻过来盖在另一列山脉上一样。由于它们的相互咬合，所以只有把凸部破坏掉，才能使之滑动，这便是产生阻碍相对运动的摩擦力的基本原理。这种学说在很长一段时间里，受到许多人的支持。

对于摩擦力的另外一种看法是分子说。这是由英国的物理学家德萨古利埃提出的。他认为，摩擦力产生的原因是摩擦面上的分子力相互交错所致。该学说指出，物体表面愈是光滑，摩擦面愈是相互接近，表面分子力就愈大，这样摩擦力也就愈大。但是这种学说由于加工技术上的原因，一直没有得到实验的证实，因而入们对此很难接受。

（一）凹凸啮合说

从15世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论，啮合说认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相碰撞，产生断裂、摩损，就形成了对运动的阻碍。

（二）粘附说

这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出，他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦会增大，可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。

上世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深入，到上世纪中期，诞生了新的摩擦粘附论。

以上说明影响摩擦力大小的因素是固定的，较少的，但其表现形式却十分多样化、复杂化、只有充分了解、控制这些因素，才能充分利用有益摩擦，避免有害摩擦，最大程度地改进生产，改善生活。

参考文献:摩擦力的本质，BBC新闻网，摩擦力的益处和