生活中的摩擦力 关于摩擦力有趣的实验
在物理课中,我们学习力的时候,曾学到过关于摩擦力的知识。当时我们经常遇见的问题就是比如:传送带上放物体啊,或者告诉你小车在做匀速直线运动,以及它的质量和滑动摩擦系数,要你求受到的滑动摩擦力等等这类题目。但是这些我们在实际生活中是不太遇见的。而这次我所要研究的是生活中的摩擦力,是我们广泛熟悉,常常遇见却又不甚了解的东西。
摩擦力是无处不在的。忽视摩擦,就可能发生灾难,离开了摩擦力,我们将寸步难行,一事无成。
如果没有了摩擦力,桌面会放不住东西。房间里的家具会在重力的作用下朝低处汇拢。你会连一支笔也握不住,因为重力将会让笔从你的手指间溜走。同样,你将永远也无法找到一张可以坐下的椅子,因为当你走进它,轻轻碰触它,一旦有一点点水平方向的分力,它就开始到处“横冲直撞”,直到你跑着追上它,试着将它停住,而当你再次试图坐上去的时候,刚才的一幕又将重演。当你端水给客人时,你也无法安全抵达,完成任务。家务事中,扫地、拖地板、擦窗等等,一系列的事情都要用到摩擦力。
走路也不例外,这是每个人每天都必需碰到的事情。首先,你能站稳在地面上,就得靠鞋底与地面的静摩擦力,使你不至于向低处滑去。当你迈开右脚时,是你下意识地先用左脚蹬地,地面则通过它对鞋底的静摩擦力,给你一个向前的反向作用力,使你能完成跨出的这一步。这又使我们想到百米赛跑起跑阶段,运动员双足不断向后蹬场地应能提供足够的向前的静摩擦力,才能使运动员在数秒之内达到10米/秒以上的速度。一旦冲过终点线,则又得靠运动员前蹬时向后的摩擦力减速。在室内运动场里,由于直跑道不够长,不得不采用斜坡或软坐垫来帮助 减速。而在拔河比赛中,实际上比的是摩擦力,因为根据牛顿第三定律,同一条绳子上两队互相的拉力是相同的,摩擦力大的那一对自然获胜,所以,以后我们去参加这类比赛要挑选摩擦力大一点的运动鞋。
以上的那些例子有滑动摩擦,有静摩擦,有需要较大摩擦力的,有需要较小摩擦力的,这样看来,动摩擦与静摩擦都在我们的生活中扮演着重要的角色,因此,静摩擦大些好,滑动摩擦以小为宜,这也不是一概而论的。
在汽车身上,也有动、静摩擦相互对立与统一的存在。驾驶员停车时,要把车刹住,这一过程中受到动摩擦。汽车启动时,发动机通过变速装置带动驱动轮,让轮胎边通过静摩擦力给轮胎一个向前的反作用力,使车朝前开动。这时,提供给汽车的静摩擦力不能太小,否则汽车可能打滑。另一方面,人们经常给汽车加润滑油,目的尽量减少内部摩擦,内部摩擦大了,就会消耗掉更多的能量,或者说要做更多的无用功。为此,汽车甚至有一整套润滑系统。没有燃油,汽车固然不能开动,但若没有了润滑油,汽车也是寸步难行。勉强开动,必然导致机件快速磨损,甚至发热起火。
现在让我们来研究一下汽车的刹车。通过查找资料发现,原来在刹车这一过程中,还有这么些学问。
汽车的刹车是性命攸关的,容不得半点差错。我们有时会看到交通警用卷尺测量肇事汽车刹车印痕的长度,据以确认事故责任。其次,凡留下长长的,连续的刹车印痕的,这种刹车方法本身就有问题——没有最大限度的利用静摩擦力,以至刹车距离较长,且在砂型和过程中无法对车进行转向控制。下面我们就用现在所学过的知识来计算一下。假设踩下刹车的初速v0=20m/s,a=f/m=uN/m=umg/m=ug,取u=0.5,g=10m/s2,则a=-5m/s2,所以,从开始刹车后一直到停止所通过的距离S=Vt2-V02/2a=40m,看到这个数字后,是不是非常惊奇,也就是说汽车要滑行约一个半篮球场那么大的一段距离。也难怪会发生事故。而如果采用“点”刹法,即快速地踩、放、踩、放……一方面充分利用刹车装置的“内摩擦”使车轮转速迅速下降,另一方面反复利用轮胎跟地面的静摩擦力就能使汽车更快地减速,并保持能让汽车转向的能力,从而可以避免许多损失。事实证明,有经验的驾驶员会在紧急情况下采用点刹;而经验不足的驾驶员往往因“一刹到底”而导致事故。
看来摩擦力的应用还有那么多的学问,真是值得认真对待,我们要好好利用摩擦力,为人类造福,如果忽视了摩擦的存在,那离危险真的就不远了。因此,这也就是我们搞研究性课题的意义所在,为实际生活提供更好的服务。
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