摩擦力的用途科技论文
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。下面是小编整理的摩擦力的用途科技论文，希望你能从中得到感悟!
摩擦力的用途科技论文篇一
浅议摩擦力的本质
【摘 要】摩擦力可分为干摩擦力和湿摩擦力,流体间或流体与固体间的摩擦叫做湿摩擦力。干摩擦力包括静摩擦力和滑动摩擦力。本文对常见的干摩擦力与湿摩擦力进行了叙述,描述了他们的基本定义,并对摩擦力的本质进行了简单分析。
【关键词】干摩擦力 湿摩擦力 接触面
一、摩擦力的种类
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。固体与固体的接触面上有摩擦,这类摩擦称为干摩擦,固体与液体的接触面或固体与气体的接触面上的摩擦,称为湿摩擦。在干摩擦中,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。
1.干摩擦力
(1)静摩擦力
静摩擦力产生在两个直接接触、相对静止但又有相对运动的趋势的物体之间。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。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。静摩擦力的大小取决于外力大小,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fmax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。实践证明fS≤fmax=μSN。
(2)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fmax=μN逐渐减小。通过实验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。即:fK=μN,其中μ称为滑动摩擦因数,滑动摩擦因数反映物体表面的粗糙程度,反过来说就是物体表面的粗糙程度决定了动摩擦因数,而滑动摩擦力是两个有不光滑接触,有相对运动的物体间的相互作用,因此动摩擦因数也不是单独由某一物体表面粗糙程度决定的,而是由两个有相互作用摩擦力的物体的接触面粗糙程度决定的。
2.湿摩擦力
物体相对于液体或气体而运动时,沿着接触面上也有阻止相对滑动的摩擦力,这种摩擦力称为湿摩擦力。没有相对运动也就没有湿摩擦力,湿摩擦力不存在静摩擦力,不论多小的力都能推动物体使其在液体或气体中运动。湿摩擦力的指向自然与物体相对运动速度指向相反。湿摩擦力的大小则随着相对运动的加快而增大。物体一开始运动,湿摩擦力也就出现。起初,湿摩擦力比较小,随着物体速度加快,湿摩擦力随之而增大。最后,物体达到某个速度,其相应的湿摩擦力与所加推动力相等,物体保持这一速度而作匀速运动,这一速度称为极限速度。如物体的初速度超过极限速度,则湿摩擦力大于所加推动力,运动变慢,最后也是达到极限速度而作匀速运动。极限速度的大小显然与所加推动力的大小有关。
二、对摩擦力的本质的探究
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。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。进入20世纪以后,一个叫尤因的人首先指出因摩擦引起的能量损失,是因固体表面分子引力场的相互干涉所致,与凹凸程度无关。而另一名著名的学者哈迪,他进行了大量的实验,从而证明了分子说的正确性。哈迪的实验为分子说提供了有力的证据,分子说因而获得了广泛的承认,并被进一步发展为“粘合说”。但是,凹凸说并没有因分子说和粘合说的进展而被完全废弃,它与对立的分子说和粘合说都持之有据,言之有理。有人在这两者的基础上提出了包含凹凸说内容的综合性的现代粘合论。
1.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。
2.粘附说
最早由英国学者德萨左利厄斯提出,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,诞生了新的摩擦粘附论,该理论认为两个互相接触的表面,无论做得多么光滑,从原子尺度看还是粗糙的,有许多微小的凸起,把这样的两个表面放在一起,微凸起的顶部发生接触,微凸起之外的部分接触面间有10-8 m或更大的间隙。这样,接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小,微凸起的顶部发生弹性形变;如果法向压力较大,超过某一数值,超过材料的弹性限度,微凸起的顶部便发生塑性形变,被压成平顶,这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子引力发生作用的范围,于是,两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合。这时要使两个彼比接触的表面发生相对滑动,必须对其中的一个表面施加一个切向力,来克服分子间的引力,剪断实际接触区生成的接点,这就产生了摩擦。在 现代摩擦理论中,还加进了静电作用。光滑表面摩擦过程中可能带上异号电荷,它们之间的静电作用,也是摩擦力的一个原因。
参考 文献:
[1]徐行.力学[M].内蒙古人民出版社,1993.
[2]梁昆淼.力学(上册)[M].高等 教育出版社,1998.
[3]李迺伯.物 理学[M].高等教育出版社,1999.
[4]李椿,夏学江.大学物理[M].高等教育出版社,1998.
摩擦力的用途科技论文篇二
汽车行驶时的摩擦力探究
摘 要： 摩擦力是我们日常生活中最常见的力，汽车行驶时所受的摩擦力情况较为复杂，在不同的阶段所受的摩擦力可能不同。本文从三种不同情况出发探究汽车在平直公路上正常行驶时、刹车制动时、转弯时所受到摩擦力的作用，对摩擦力进行了分析。
关键词： 汽车 行驶时 摩擦力 作用分析
摩擦力在日常生活中处处可见，可以说我们的生活离不开摩擦力。在高中物理教学中，学生普遍感觉摩擦力的知识较难，尤其是在运动中分析摩擦力，而汽车在运动中所受的摩擦力情况更为复杂。摩擦力通常阻碍物体的运动，扮演着阻力的角色，但是在汽车运动中，大多数情况下摩擦力作为动力，促进汽车的运动。汽车的四个车轮中，两个后轮是主动轮或驱动轮，两个前轮是从动轮或导向轮，在行驶时四个车轮所受的摩擦力和所起的作用是不同的，针对汽车在不同时候所受不同的摩擦力作用，分三种情况进行分析。
一、在平直公路上正常行驶时所受的摩擦力
汽车在平直公路上正常行驶时，可分为启动、加速、匀速等阶段，在这些阶段中汽车所受的摩擦力方向都是相同的。那么，到底受到哪些摩擦力?要弄清这个问题，我们就要正确理解摩擦力的概念。摩擦力通常指产生于相互接触的有相对运动或相对运动趋势的两个物体间，且阻碍物体间的这种相对运动或相对运动趋势。
对于主动轮，要使车轮与地面之间产生相对运动，必须有力作用在车轮上，汽车的驱动力是由发达机提供的。由于后轮是主动轮，在行驶时，发动机提供的力产生使主动轮沿顺时针方向转动的驱动力矩，力矩的作用效果是使主动轮沿顺时针方向转动，车轮上和地面接触的点相对于地面有向后运动的趋势，如果地面绝对光滑，轮子就会在原地打滑，如果地面粗糙，地面对车轮产生了一个阻碍车轮向后滑动的而方向向前的摩擦力，这个摩擦力就是静摩擦力，静摩擦力产生一个使主动轮沿逆时针方向转动的阻力矩，使汽车前进。汽车从开始启动后，立即做加速运动，发动机的功率逐渐增大，驱动力矩逐渐增大，牵引力也随着逐渐增大，静摩擦力相应地也逐渐增大。但是汽车所受的静摩擦力的最大值是一定的，这个值称为“最大静摩擦力”，最大静摩擦力等于路面对汽车的垂直支撑力与摩擦因数的乘积。当汽车匀速行驶时，驱动力与最大静摩擦力相等，汽车的输出功率达到最大值，汽车的运动达到临界状态。如果驱动力超过了最大静摩擦力，车轮与地面之间发生了相对滑动，静摩擦力将变为滑动摩擦力，由于滑动摩擦力小于最大静摩擦力，汽车的牵引力反而会减小，不利于汽车的行驶。
对于从动轮，从动轮受到的是被动向前推力的作用，这个力作用在轮子的轴线上，力的作用效果使轮子平动。如果地面绝对光滑，轮子就在地面上滑动，和地面接触的点相对于地面有向前运动的趋势，如果地面粗糙，地面阻碍它运动，受到的摩擦力向后，而且力的方向不通过轴心，所以从动轮发生滚动，这个摩擦力是滚动摩擦力。对于什么是滚动摩擦力，以及滚动摩擦力是怎么产生的，高中生需要进一步了解。滚动摩擦力，即一物体在另一物体表面作无滑动的滚动或有滚动的趋势时，由于两物体在接触部分受压发生形变而产生的对滚动的阻碍作用，叫“滚动摩擦力”。滚动摩擦力一般用阻力矩来量度，其力的大小与物体的性质、表面的形状，以及滚动物体的重量有关。滚动摩擦实际上是一种阻碍滚动的力矩，本质还是静摩擦力，是根据力的作用效果命名的，是静摩擦力的一种特殊表现。正是由于受到滚动摩擦力的作用，使从动轮被动地向后转动，汽车整体向前运动。
二、刹车时所受的摩擦力
汽车刹车时，受到地面向后的摩擦力，摩擦力作用位置紧贴地面，相对于汽车的重心有一个力矩，该力矩使汽车向前翻转，而汽车没有发生翻转是因为地面的支撑力对它有一个向后翻转的力矩，把前者抵消了，结果就是汽车前轮受到的地面支撑力比后轮要大。也就是说，在刹车时，汽车前轮对地面压力大于后轮。而摩擦力与压力成正比，所以汽车前轮受到的摩擦力大于后轮，即摩擦力对前轮有更大的“前转力矩”，所以为了有效制动，前轮刹车必须能够提供更大的制动力矩。但是，不能只使用前轮刹车，如果只使用前轮刹车，汽车就有很大的惯性，当前轮受到较大的摩擦力时，可能向前或向两侧翻。也不能只使用后轮刹车，如果只使用后轮刹车时，前轮所受的是滚动摩擦力，摩擦力方向向后，后轮所受的却是滑动摩擦力，方向向后，由于滚动摩擦力明显小于滑动摩擦力，因此汽车整体所受的摩擦力近似等于滑动摩擦力。最好的制动方式是采用前后轮同时制动，前后轮同时制动时，前后轮受到的摩擦力均为滑动摩擦，方向向后，汽车整体受到的摩擦力为前后轮的滑动摩擦力之和，明显大于只刹前轮或后轮。
当汽车紧急刹车时，会产生轮胎抱死现象，轮胎抱死时，前后轮所受的是滑动摩擦力，汽车的附着情况会变差，车子稳定性和操控性都不好，这时候摩擦力反而是最小的。轮胎不抱死时，汽车所受的摩擦力也不一定完全就是滚动摩擦力，还要看制动力的大小情况，一般不抱死时，是边滚边滑的制动状态，这时候车轮与地面的摩擦力是最大的。装配ABS的汽车，就是为了防抱死而达到边滚边滑的制动状态，达到最佳的制动效果。
三、汽车转弯时所受的摩擦力
汽车转弯时，如果受到驱动力作用，车轮就会受到地面对它的静摩擦力，静摩察力的方向与汽车前进的方向相同，静摩擦力为汽车沿切线方向前进提供动力。不仅如此，汽车转弯还需要向心力，每个轮子都要受到一个横向的静摩擦力，这个静摩擦力形成向心力，汽车的内侧、外侧轮的受力大小是不同的，因此，向心力只是静摩擦力的一个法向的分力。如果汽车制动，不受驱动力时，汽车沿切线方向将做减速运动，所受的阻力主要自身制动系统提供的阻力和地面的摩擦力。如果地面绝对光滑，汽车与地面之间将产生滑动，但是实际上，地面是粗糙的，汽车的运动是滚动。因此，汽车在减速时，车轮依然向前滚动，地面对汽车会产生切线方向的静摩擦力。同时，汽车还在转弯，还会持续受到法向的向心力，向心力还是由静摩擦力提供的。
由于汽车转弯时的向心力是由静摩擦力提供的，这个静摩擦力并非大小不变的，当物体运动速度v越大，需要的向心力(mv2/r)就越大，此时静摩擦力就随之增大，以满足转弯时的需要，但静摩擦力只能增大到最大静摩擦力，若车速再增大，需要的向心力就比所能提供的最大静摩擦力还要大，车就会做离心运动了。对这一点，可以参考必修二物理课本，这个最大静摩擦力的大小由路面性质、车轮性质、车体重力共同决定。
总之，汽车在行驶时的摩擦力比较复杂，并非一成不变的，在不同的时候，不同的情况下，可能不断变化，静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力可能同时产生，也可能交替产生。因此，我们要具体情况具体分析，只有掌握了运动状态，才能进行受力分析，最后确定所受的摩擦力。