如何认识滑动摩擦力

2013-05-10 05:55潘丽君
初中生世界·八年级物理版 2013年4期
关键词:返回舱测力计木块

潘丽君

同学们都知道中国的神舟九号已经成功地完成任务并返回,在返回过程中,返回舱都要做一些特殊的处理,为什么要做这种特殊处理,请大家看两张照片.

第一张照片是俄罗斯超龄服役的“和平号”空间站碎片坠落太平洋前划过斐济上空的壮观情景,碎片在剧烈燃烧.第二张照片是我国的神舟九号返回舱安全返航后的情景,返回舱表面也有被燃烧的痕迹,为什么太空坠落的空间站碎片和神九返回舱会燃烧呢?这就和我们要谈的滑动摩擦力有关.

同学们听到滑动摩擦力可能都觉得陌生,其实滑动摩擦力和我们的生活密切相关,可以说到处都存在滑动摩擦力.例如:拉小提琴时、滑雪时、刷牙时、用钢笔写字时、擦黑板时,等等.

既然滑动摩擦力随处可见,到底什么是滑动摩擦力呢?

两个有相对滑动的物体间在接触面上产生的阻碍它们相对滑动的力,此力就叫滑动摩擦力.同学们可能都有拖木箱前进的经验,木箱拖行过程中,总觉得后面有个“人”在拉着箱子不让你前进,其实那个阻止箱子前进的“人”就是摩擦力.为什么会产生滑动摩擦力呢?

滑动摩擦力产生在两个接触面之间.我们用肉眼看到的光滑固体表面,当用放大镜观察时,就会发现其表面是凹凸不平的,好像布满了山峰山谷一般.经过车床加工的金属表面,峰高可达5μm,再经过仔细研磨,峰高可减至0.1μm,但这相对于原子尺度仍然是很大的.因此,当两个物体相互接触时,真正接触的只是物体表面的峰丘.在这些真正接触的区域内,两个接触表面的原子之间的距离比较大,从几埃到几十埃(1埃=10-10米).这些原子之间的相互作用力比较弱,与真正接触区域相比可以忽略不计,而接触区域的面积之和要比物体表面积小得多.

当两个接触面发生相对滑动的时候,势必要以剪切的方式破坏原来所有的接触点,使两个接触表面的凸起部分相碰撞而产生断裂、磨损,从而形成了对物体运动的阻碍.平行于接触表面而使接触点破坏所需要的剪切力就是摩擦力.所以滑动摩擦力的产生有三个条件:①接触面粗糙;②两个物体互相接触且相互间有挤压;③物体间有相对运动.

滑动摩擦力的大小和方向又该如何计算和判断呢?

(1)方向:总是跟接触面相切,并且跟物体与相对运动方向相反.所谓相对,仍是以施加摩擦力的施力物体为参照物的.如下图牙刷的运动.

第一幅图牙刷静止;第二幅图牙刷相对运动方向向右,摩擦力向左,所以刷毛向左弯;第三幅图牙刷相对运动方向向左,摩擦力向右,所以刷毛向右弯.

(2)大小:滑动摩擦力f的大小跟压力成正比,与接触面的材料、粗糙程度有关.

(3)滑动摩擦力的大小比最大静摩擦力fmax略小.通常的计算中可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.

如何测量滑动摩擦力呢?

我们当然要自己动手做实验,做实验前首先要知道实验原理:当用弹簧测力计拉着木块做匀速直线运动时,木块处于平衡状态,因木块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对平衡力,即摩擦力的大小与测力计的示数相等.我们在实验过程中要采用控制变量法.下面是这个实验的部分过程和数据,同学们自己也可以试做这个实验.

由实验可知影响滑动摩擦力大小的因素有:

①物体所受压力的大小.在接触面粗糙程度相同时,所受压力越大,滑动摩擦力越大;

②与物体接触面粗糙程度的关系.在物体所受压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;

③滑动摩擦力的大小与接触面面积无关;

④滑动摩擦力大小与物体运动速度无关.

练习

1.在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验中,用弹簧测力计(最大刻度为5N)拉着木块在长木板上匀速沿直线运动(如图).试问:

(1)这时弹簧测力计所示的拉力为

N,木坂受到的滑动摩擦力为 N;

(2)如果在木块上再加一个砝码,则弹簧测力计的示数将 ,滑动摩擦力将 (变大/变小/不变).这一事实说明:滑动摩擦力的大小与 有关.

2.雨后泥路上,人是挑担走路滑得厉害还是空手走路滑得厉害?为什么?

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