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摩擦系数会小于1吗?

更新时间:2023-09-29 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

在生活和学校数学课本中,常见材料间的磨擦系数总是在0.3~0.6,范围再放大些,也不过是0~1。其实你会困惑,莫非磨擦系数存在一个1的上限吗?要想了解这一点,我们先来瞧瞧磨擦究竟是哪些。5pp物理好资源网(原物理ok网)

磨擦系数似乎是阿蒙东-库伦磨擦定理(磨擦力只与法向荷载有关,与接触面积、滑动速率无关)中磨擦力与法向荷载之比,也可以将其等效于物体在斜面上开始向上滑动时斜面的夹角,即磨擦角。稍加估算,就可得出磨擦系数为磨擦角的余弦值。当磨擦系数等于1时,磨擦角就是余弦值等于1的角度,即45°。也就是说,只要一个物体在一个夹角为45°斜面上还没有滚落,这么该物体与斜面的磨擦系数就小于1了。在生活中我们能找到这样物体吗?这似乎并不难,两块干净的橡胶常常能够维持超过45°的磨擦角(磨擦系数1.16)。再夸张一些,在胶水构成的斜面上,几乎手边的任何物体的磨擦角都能轻易超过45°。5pp物理好资源网(原物理ok网)

你或许会说:等等,胶水那里算是磨擦,这分明是粘着呀!而且,磨擦和粘着究竟有哪些区别呢?在微观视角中,物体接触面上的凸凹体因法向荷载而出现塑性变型后,才会因为分子间斥力(范德瓦尔斯力等)而互相粘着。要想联通物体,就得把这样的粘着扭断,这就是磨擦力的本质。也就是说摩擦力是画在接触面上吗,磨擦力是微观的粘着在宏观的表现,没有粘着就没有磨擦。5pp物理好资源网(原物理ok网)

摩擦力的接触点_摩擦力接触面是什么_摩擦力是画在接触面上吗5pp物理好资源网(原物理ok网)

正因这么,塑性较强的物体才能产生更多的微观粘着,常常有着较高的磨擦系数。诸如厚实的金属铟(In)与镁(Mg)的磨擦系数是1.17,与镉(Cd)的磨擦系数更高达1.52。据悉,同种金属之间非常容易互相粘着。像金与金、铝与铝这样延伸性较好的金属之间,随着塑性变型产生的粘着面积降低,甚至还能产生牢靠的联接,称为冷焊。不过,在生活中甚少就能听到这样的现象。这是由于在大气中,金属表面会产生氧化层与气液分子吸附膜,大大消弱了粘着。例如在有氧化膜的情况下,铜和铜的磨擦系数为0.76,倘若是纯净表面的话,就可达到1.21。并且,在宇宙空间这样的高真空环境中,冷焊效应就不可忽略了。在历史上,就曾有因冷焊造成本应活动的部件粘着在一起,致使航天器失效的案例。5pp物理好资源网(原物理ok网)

粘着理论还能否解释一些小学课本中避而不谈的现象。例如静止接触时间越长,静磨擦系数越大。这是因为随着时间延长,凸凹体之间的塑性变型会持续进行,让微观粘着的面积降低。又例如滑动并非连续平稳的运动,而是断续的跃动。这是因为在滑动过程中,粘着在不断地重新产生并随之扭断。在高中数学课上,我们所学的阿蒙东-库伦磨擦定理虽然只是经验定理,甚至可以说只是特例。而在实际情况中,磨擦系数随着气温、速度、环境等诱因,就会发生变化。研究磨擦力已经产生了一门奇特的学科——摩擦学。5pp物理好资源网(原物理ok网)

这么,假若接触面在哪怕微观上都完全干净且光滑,会发生哪些情况呢?这时侯,物体间的接触面会形成强悍的分子引力(范德瓦尔斯力),将两个物体牢牢地黏在一起(相当于冷焊),致使磨擦力十分巨大(磨擦系数可轻易小于1)摩擦力是画在接触面上吗,但是磨擦力就会随接触面积的减小而减小。在这些情况下,光滑这个词将不再适用:尽管这样的接触面洁白度很高,但却一点都不滑!5pp物理好资源网(原物理ok网)

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物体接触面上仅有少数凸凹发生接触,强悍的压力使其产生塑性变型,粘着在一起,将粘着扭断所需的力就是磨擦力。5pp物理好资源网(原物理ok网)

封面图:源自网路,侵删掉。5pp物理好资源网(原物理ok网)

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