速度越大摩擦力怎么变_复杂多变的摩擦力
时间：2019-04-06 03:12:58 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
初中物理经常会出现这样一道练习题，“体操运动员在手上擦一些‘镁粉’是为了增大摩擦还是减小摩擦?”标准答案以“增大摩擦”为多．百度上搜索，两种答案都有，但也是“增大摩擦”的多．大多数人是这样思考的：镁粉具有良好的吸湿性，能把手上的汗液迅速吸干，这样可以增大手的摩擦力．因为生活中类似的例子太多了，比如，“路面湿滑，请小心!”，“雨天湿滑，小心驾驶!”在化学实验中，将玻璃导管用水湿润后，可轻易插入橡胶导管．这些都是接触面有了水后，摩擦力减小的例子．可再细想一下，生活中还有另外一些现象，比如，“脚湿时更难穿鞋”，“数钱时，人们喜欢手上蘸点水”．这是利用水来增大摩擦力的例子．显然，上述例子中水的作用是截然相反的．因此只是简单的解释“镁粉具有良好的吸湿性，所以手上擦镁粉是为了增大摩擦力”就有些站不住脚了．那么，在接触面之间加入的水是增大摩擦还是减小摩擦呢．
众所周知，接触面的湿滑情况可以改变接触面粗糙程度，可以改变摩擦力大小．但是，接触面的湿滑情况是怎么样改变接触面的粗糙程度、从而改变摩擦力的呢?因为相互接触的物体表面特性不同，在接触面有湿滑的情况下，情形各不相同．为了阐述清楚这些问题，笔者做了一些对比实验．实验的目的是要测量不同接触面在不同湿滑状态时的摩擦力．实验器材选择了一块玻璃板，一块光滑木板，一块光滑小铁块，一块光滑小木块和一个2.5N量程的弹簧测力计．实验时，先把光滑小铁块放在玻璃上(干燥或者湿润)，匀速拉动小铁块，测出摩擦力．然后，将光滑小铁块放在木板上，做同样的实验．获得的实验数据如表1所示，将小铁块换成光滑小木块后做相同的实验获得的实验数据如表2所示．
从表1实验数据发现，当用铁块做实验时，玻璃表面由干燥变湿润时，摩擦力变小，而木板表面由干燥变湿润时，摩擦力反而变大．这是因为玻璃与铁块表面比较坚硬，水不易渗入，当两者表面有水时，相当于表面涂了一层润滑油，因而摩擦力明显变小；木板表面不是很坚硬，水会渗入，当表面有水时，表面就会变得柔软些，接触面变粗糙，因而摩擦力变大．
从表2实验数据发现，当用木块替代铁块做实验时，不管是玻璃上还是木板上，只要两者接触面变湿，摩擦力都变大．这是因为当木块和木板表面有水时，两者的接触面都变粗糙，压力不变，摩擦力变大．当木板和玻璃表面有水时，主要因为木块的接触面变粗糙，压力不变，摩擦力也变大．
有了表1和表2实验数据就可以很好的解释前述生活中的物理现象了．雨天地面湿滑或玻璃导管湿滑，都相当于在接触表面涂了一层润滑油，使得摩擦力变小．脚上或手上的皮肤变湿润，相当于皮肤变柔软，接触面变粗糙，使得摩擦力变大．因此水对摩擦力的贡献是增大还是减小要视具体情况而定．
为了更好地解释本文最初提出的关于“镁粉”的练习题，又做了下面一组对比实验，把不同湿润程度的小木块放在玻璃上匀速拉，测出摩擦力，实验数据如表3所示．
从表3实验数据可以发现，即使是湿的接触面，其他条件不变，湿的程度不同，摩擦力也不同．当小木块由干燥变潮湿时，摩擦力迅速变大，但水多一些时，摩擦力又变小．当接触面有足够水时，拉动木块会呈波浪形前进，很难匀速拉，木块像是被吸住了似的．这是两物体的接触面相对比较平滑，当水比较多时，两接触面之间的缝隙被一层水膜填满形成真空，此时压力不再是木块的重力还有大气压，“摩擦力”急剧变大．当这层水膜被拉断时摩擦力瞬间变小，木块前进一段距离，因而成波浪形前进．
基于以上分析，再来看“镁粉”的练习题．手上皮肤比较接近木块表面，少量的汗水会使表面皮肤软化，使皮肤摩擦系数变大．但是，过多的汗水又会在手与器械表面之间形成一层光滑的“水膜”，使皮肤摩擦系数变小．运动员对摩擦系数的要求在不同时刻是不同的，如，在器械上转动时，希望摩擦能小一些，否则皮肤容易被磨破，无法保证日常训练和比赛；但摩擦力又不能太小，否则手容易打滑不能握紧器械，出现“掉杠”等各种危险情况．所以，需要改善手与器械之间的摩擦，使这个摩擦不要太大，也不能太小，控制在一个适度的范围．这样，就可以让运动员在汗水多或者汗水少时都能灵活自如的做完整套体操动作，减小不必要的失误率和风险．人们通过寻找，发现镁粉可以完成这个使命．镁粉学名“碳酸镁”，具有良好的吸湿性，能把手上的汗液迅速吸干．镁粉吸汗后，使手的表面摩擦系数恰巧在一个合适的范围，既不太大，也不太小，同时还对皮肤表层起到保护作用．综上所述，对镁粉功能的合理解释应该是：当运动员“上杠”或变换动作重新“抓杠”时，手上多余的汗液会形成光滑的“水膜”，“镁粉”的吸湿增加了手和器械表面的摩擦系数而防止打滑；但当手掌在器械上转动时，“镁粉”起到了衬垫作用，相当于在中间加了一层“小球”作“滚动摩擦”，同时又可以防止由于出汗使手和器械之间出现的真空，从而减小摩擦．涂抹了镁粉的手掌，不管运动员汗水多汗水少，其手掌与器械表面的摩擦系数都得到了改善．在电视节目中，我们还经常可以看到有工作人员用毛巾擦拭器械上的汗水，那是因为镁粉的吸湿能力有限的缘故．
鉴于目前摩擦力的本质还没有定论，所以本文所论系一家之言错误难免，敬请批评指正．
