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科学四下第四单元《摩擦力的秘密》参考资料

科学四下第四单元《摩擦力的秘密》参考资料

【摩擦】

在日常生活中摩擦是非常重要的现象。如果让摩擦单独起作用,它会使每一个转动的物体停止转动,使直线运动的物体趋于静止。在汽车中,大约20%的发动机功率用于克服摩擦力。摩擦使运动部件磨损,甚至使部件被卡住。在工程技术上,为了研究如何克服摩擦花费了大量的时间。另一方面,如果没有摩擦,我们就不能走动,就拿不住铅笔(即使能拿住也无法书写),就不能用车子运输。

【静摩擦力】

当一个物体在另一个物体的表面上滑动时,每一个物体都对另一物体施以摩擦力。作用在每一物体上的摩擦力和它相对于另一物体的运动方向相反。摩擦力自动地阻碍物体的运动,而不会推动物体运动。只要有相对运动趋势,即使没有相对运动,两物体的接触面之间也有摩擦力存在。即当两物体之间存在着相对运动趋势时,我们对其中一物体施力,在两物体的接触面上会产生与所施力方向相反的摩擦力,其大小与所施力相等,直到两物体发生相对运动,这种摩擦力叫做静摩擦力。实验表明:静摩擦力在很大范围内,近似地与接触面积无关,与正压力成正比。

【动摩擦力】

作用在相对运动的两物体表面之间的摩擦力叫做动摩擦力。动摩擦力遵从与静摩擦力相同的两条定律:(1)在很大的范围内,它近似地与接触面积无关。(2)它与正压力成正比。此外,动摩擦力在一定程度上还与两物体表面相互滑过的相对速率无关。

意大利科学家芬奇曾用实验发现了上述两条定律。芬奇关于这两条定律的陈述是了不起的,因为它是在牛顿发展了力的概念之前约两个世纪做出的。芬奇的陈述是:(1)尽管接触面可以有不同的宽度或长度,在运动开始时同样重量所引起的摩擦将具有相等的阻力。(2)如果将重量加倍,则摩擦使我们推动物体所费的劲也加倍。法国科学家库仑做了许多关于摩擦的实验.并且指出了静摩擦与动摩擦之间的差别。

【摩擦产生的原因】

在原子的尺度上,即使最精细抛光的表面也决不是平面。实际上,当两个物体接触时,实际的微观接触面积比表观的宏观接触面积小得多;在特殊情况下,这两个面积之比很容易做到1:10000。

摩擦产生的原因

图中,上面物体正在下面物体上向右滑动,它表明发生表面黏附有两个焊点。要破坏这些焊点以维持运动就必须施力。

实际的(微观的)接触面积与正压力成正比。因为在接触点处有很大的应力,在这些应力的作用下,接触点产生了塑性形变。许多接触点实际上变成“冷焊”焊在一起。因为在接触点处,两表面上的分子是如此接近,以至于它们以很强的分子间力相互作用着,故发生了表面黏附的现象。

当一物体(比如说一块金属)在另一物体上被拉动时,摩擦阻力就伴随着成千上万的细小焊点的破裂而产生,当新的偶然接触发生时,就连续形成新的细小焊点。放射性示踪实验表明,在焊点破裂过程中,一个金属表面可能被切下一些小片而黏附到另一表面上去。如果两表面的相对速度足够大,则即使感到整个表面只有一点点热,也可能在某些接触地方发生局部熔化。

阻碍一个物体在另一物体上滚动的摩擦力比滑动时小得多,这正是轮子比雪橇的优越之处。这里摩擦的减小主要是由于在滚动中微观接触焊点是被“剥开”的,而不像在滑动摩擦中是被“切开”的。这可使摩擦力减小到原来的几分之一。

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