摩擦力之谜
宇宙新思维2019-06-11 10:32
摩擦力种类
在日常生活中我们所遇到的众多力中间要数摩擦力最为复杂，它包括滑动摩擦、滚动摩擦、静摩擦、动摩擦等等。
滑动摩擦应该是摩擦力中最简单的，它等于正压力N乘上滑动摩擦系数μ，即f=μN。这个滑动摩擦系数也是很复杂的，它每两种材料接触会产生一个摩擦系数，所以滑动摩擦系数往往不是查表得到，而是根据实验数据给定。
滚动摩擦相对就要复杂一些，就以轴承来说，就有许多型式，像滚珠（球）轴承、滚子轴承、滚针轴承等等，不同类型的轴承，
它的滚动摩擦系数是不一样的。
静摩擦和动摩擦也能相差很多，当推一个箱子时，箱子和地面产生静摩擦，它的摩擦力在逐渐增大，达到一定值时，箱子被推动了。
但是一旦箱子被推动以后，它的动摩擦力就小得多，因此推起来就省劲得多。
实践中利用和克服摩擦力
在实际生活中，这些摩擦力是混在一起的。需要区别对待，认真分析。比如一列火车在出发前为什么要往后退一下？那是因为如果列车不往后退一下，那么每节车厢之间都是紧紧拉着，整个一列火车如同一个整体（成一个钢体），那样要起动所要克服的静摩擦力将会是很大的。相反列车倒退一下，各车厢之间松动了，这次只需要克服第一节车厢的静摩擦力，那就小得多，很容易拉动。等拉动以后只需克服第二节车厢的静摩擦力，以此类推，拉动第三节、第四节……。这个例子就是利用静摩擦力的特点。
另有一个例子在自行车加紧行进时，地面作用在前轮和后轮的摩擦力是不一样的。对于后轮摩擦力是向前的。这样后轮作为主动轮就有一个向前的趋势，相反对于前轮，是从动轮，摩擦力是向后的。
这个例子又很好地说明了对摩擦力要扬长避短。
摩擦力的机理
至于摩擦力的机理，那更是众说纷纭了，较早的的论点是表面越粗糙，摩擦力越大；表面越光滑，摩擦力越小。但是后来发现这种论点并不正确，当两个接触表面非常光滑时，非但不是摩擦力减小，相反两个物体却粘住了。这种例子很多。比如在制作光学器件时，往往把两块光学镜片直接接触而形成一个整体，在光学工艺上称作“光胶”，实际上没有使用任何胶，而是利用接触面本身的光洁。另一个例子是一种新的工艺，叫“摩擦焊”。当两种不同的材料，比如铝和不锈钢，由于材质不同、热膨胀系数不同，很难用钎焊和氩弧焊来焊接。这时可采用摩擦焊的方法，把两种材料通过摩擦使它们形成分子间的接触，从而由于分子的引力使两种材料紧密结合起来，等于牢牢的焊接了起来。还有一个例子就是“冷焊”，所谓冷焊就是利用机械力、分子力或电力使得焊材扩散到器具表面的一种工艺。其中利用分子力的这种冷焊是最理想化的冷焊，它需处于超高真空清洁的环境中，且要求绝对平整光滑的两个接触面。何谓“绝对平整光滑”？即表面粗糙度Ra在纳米（10^-9米）到皮米（10^-12米）以下的。目前最光滑的表面粗糙度仅达到10^-7米，还差两个数量级，如果达到绝对光滑平整，两个接触面会牢牢地粘接在一起，因为它们已经达到分子作用力（范德华力）的作用距离了。
它的负效应，比如常发生在太空的超高真空环境中，航天器运动部件的表面处于原子清洁状态、无污染，使接触面原子键结合造成的粘接和活动面过度摩擦造成凸点处局部焊接，导致金属撕落转移，并进一步使接触面粗糙度增加。伽利略木星探测器上就曾发生过冷焊现象。
总之，目前的看法是：两个物体如果表面光滑，可以减小它们之间的摩擦力。但是当表面十分光滑时，两个表面的分子进入分子间的引力圈，那时摩擦力反而增加，从而牢牢地连接起来。
这种看法是否正确，还有待于实践进一步证实。随着对物质微观的探索，对于摩擦力的机理是否还会有新的启迪？
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