摘要：两个互相接触的物体发生相对运动或具有相对运动趋势时,都会在接触面上形成制约相对运动或相对运动趋势的磨擦力。磨擦力与我们的实际生活息息相关,并起着极其重要的作用。在数学学中增大摩擦力的方法例子,磨擦力也是最常见和最重要的力之一,在理论剖析时,有的磨擦力可以通过具体的公式进行估算,而有的则要依据实际情况具体剖析能够估算下来。
关键词：实际生活;磨擦力;理论;化学;
磨擦是一种极为普遍的热学现象,除了固体与固体的接触面上有磨擦,固体与液体的接触面或固体与二氧化碳的接触面上也有磨擦。日常生活中磨擦应用的事例有好多,人类行走须要磨擦,汽车制动须要磨擦,皮带传动须要磨擦等等。在数学学习中,对物体进行受力剖析经常会涉及磨擦力,因为磨擦力的广泛存在,受力剖析中要具体问题具体剖析。
1、人们步行过程中的磨擦力
人们日常行走时,人相对于地面是前进的,借助的是地面与鞋跟之间的磨擦力的作用。人在前进时,鞋跟相对于地面具有向后滑动的趋势,形成了静磨擦力,而磨擦力的方向与相对运动或具有相对运动趋势的方向相反,所以鞋跟遭到的磨擦力与人前进的方向不是与人运动的方向相反,而是一致的。此时,磨擦力是制约鞋面与地面相对运动的力,并不是制约人们运动的力。因静磨擦系数的大小主要与接触面的材料及接触面表面状况(粗糙程度、湿度、温度)有关,为了降低物体间的磨擦力,人们采用减小静磨擦系数的办法,日常采用的方式好多,如:鞋跟会有好多规则或不规则的白色、铺设粗糙的防滑地板、斜坡上密布的白色等等,达到了防滑的疗效。
2、儿童在滑梯滑动过程中的磨擦力
滑梯是儿童体育活动的一种器械,在城市广场、游乐园等地方,普遍建造了滑梯。儿童在滑梯下降时,阻力为儿童身体与轮滑间的磨擦力,磨擦力制约儿童身体下降,其方向与下降方向相反;下降动力为下降方向的重力份量,其方向与磨擦力方向相反,其值小于磨擦力的值,所以儿童下降时,速率越来越大。轮滑烩面的斜度不同时,在下降方向上所遭到的重力分力大小也不同;而且因重力对烩面的垂直份量的大小也不同,导致磨擦力的大小也发生改变。轮滑的夹角越大时,下降动力越大增大摩擦力的方法例子,磨擦力越小,下降的加速度也越大,速率降低的就越快。轮滑的夹角变小时,下降动力变小,磨擦力变大,下降的加速度也越小,速率降低的就越慢。
3、传送带传输物体过程中的磨擦力
在现实生活中,经常采用传送带传输物品;在化学学习时,对传送带传输物品进行受力剖析是十分必要的。为简化剖析,在进行受力剖析前,做如下初始条件限制:传送带以一定的速率水平运动,但是传送带足够长,即传送带上各点做水平的匀速直线运动;同时,物体相对于地面的水平方向的初速率为零;传送带的速率较小,物体被传输时的风阻忽视不计。
在传输水平方向的初速率为零的物品时,物体在其与传送带之间的磨擦力的作用下,在传送带上作加速直线运动,并加速到与传送带的速率一致。此时,它与传送带之间即没有相对滑动现象,也没有相对滑动的趋势。因而,被传送物品遭到的磨擦力为零,在运动方向不再遭到磨擦力的作用。
有的人在进行化学理论剖析时,常常错误的觉得,在传送带上被传送的物品的运动为匀加速直线运动,当被传送物品的速率与传送带的速率相等时,它们之间的磨擦力会忽然变为零。她们在此思路推动下,在解题过程中常常得到如下推论也就不足为怪了,过程如下:
初速率为零的物品匀加速直线运动的速率:V物=V带=at
式中,V物为被传送物品的速率,V带为传送带的运动速率,a为加速度,t为加速时间,f为被传送物品遭到的动磨擦力,u为物体与传送带间的动磨擦系数,m为物体的质量,g为重力加速度。
上述结果是错误的,没有正确地剖析物品在传送带上的运动过程。仔细剖析可以发觉,物品在传送带上的加速运动并不是匀加速直线运动,而是变加速直线运动。也就是说,被传送的物品与传送带之间的磨擦力是一个变力,而不是恒定不变的力。因而,剖析这一现象时,不能简单的觉得动磨擦系数u为恒定的,u除了决定于物品与传送带的材料和表面情况,u还与物品与传送带的相对速率有关,随相对速率降低而略有减弱。在我们把物品放上传送带时,物品遭到传送带对它施加的一个滑动磨擦力的作用,随着物品运动速率的不断减小,它与传送带之间的滑动磨擦力系数也就越来越小,物体的遭到的磨擦力渐渐减少,物品的加速度急剧渐渐减少。当被传送物品的速率等于传送带的速率时,两者相对于地面做匀速直线运动,无相对滑动现象。由于动磨擦系数不易测得,在此过程中,可用动能定律或动量定理估算磨擦力的大小,只是用此方式得出的磨擦力的大小是一个平均值。
平常,我们把物品放上传送带时,觉得物品与传送带以同样的速率进行运动,而没有觉得物品加速过程。这是由于传送带的运行速率较低,物品的加速过程顿时完成,因而于我们没法觉得到。
上述结果是水平方向的初速率为零的物品与传送带之间的磨擦力的受力剖析。物品相对于地面运动的水平初速率小于传送带时,放置在传送带进行输送的受力剖析,也可采用此方式。此时,物品会遭到一个传送带施加的与运动方向相反的滑动磨擦力,以妨碍物品与传送带的相对运动。随着物品运动速率的不断降低,它与传送带之间的滑动磨擦力系数也就越来越小,物体的遭到的磨擦力渐渐减少,物品的加速度急剧逐步降低。在逐步减少的变磨擦力作用下,物品相对于传送带做变减速直线运动,直到两者的速率相等时为止。其后,两者一起做匀速直线运动。
4、汽车运动过程中的磨擦力
随着车辆工业的大力发展,加上人们对生活品质和工作效率的追求,车辆逐渐成为人们的出游工具,车辆行进中的磨擦力渐渐成为数学学的受力剖析的常见问题。行驶中的车辆,不论是加速行驶还是减速行驶,车轮与地面之间就会形成相对滑动,在车轮与地面间还会形成一个滑动磨擦力,以妨碍它们之间相对滑动。车辆在匀速直线行驶的过程中,顿时与地面接触的车轮边沿上各点,与地面无相对滑动现象,内胎与地面间发生静磨擦;此时,因为车胎接触点相对于地面的瞬时线速率为零,在地面上都会留下清晰的轮毂花纹痕迹;同时,这也印证车轮周边与地面接触的时刻,二者并无相对滑动。但是,尽管二者并无相对滑动,并且车轮接触点与地面之间存在相对滑动的趋势,车轮仍然遭到地面施加的静磨擦力的作用,磨擦力的方向为车辆运动方向。
车辆在运动过程中,倘若车轮做纯滚动运动,这么它就遭到静磨擦力的作用;假如在车轮和地面接触处存在塑性形变,这么都会形成滚动磨擦;车轮与地面发生相对滑动时,车轮会遭到地面施加的滑动磨擦力的作用;同时,车辆在运动过程中,因为车身与空气之间发生相对运动,也会形成一个空气施加的磨擦力的作用。
因而,车辆在水平道路上正常行驶时,因静磨擦力很小,车轮可近似为纯滚动,则其合扭力为:
车辆在水平桥面上行驶时,倘若车轮与地面之间发生滑动磨擦,车轮所遭到的合扭力为:
非常是车辆车轮在水平道路上匀速行驶时,其转轴力偶所受转矩为:
又因为M滚特别小,即M滚近似为零,于是:
为车辆的牵引力,因此车辆在水平道路上匀速行驶时,车轮遭到的静磨擦力与牵引力斜视相等。
在制动过程中,车辆车轮与在地面上滑动,因为滚动磨擦与空气阻力远大于滑动磨擦的作用,因此车辆制动时主要是滑动磨擦的作用。这时,用动能定律或动量定理来对磨擦力进行求解。
5、结语
磨擦力是最常见的力之一,实际生活中处处可见,没有磨擦力的存在,行走、吃饭、写字等活动将难以进行。化学学对磨擦力进行了重点研究,通过对磨擦力的理论剖析,积极合理地借助磨擦力,最大限度地惠及人类,降低磨擦对人们导致的不利影响,让化学学知识在生活中得到充分的借助。
参考文献：
[1]人民教育出版社数学室.全日制普通中级学校数学(第一册)[M].上海:人民教育出版社,2006.