為什么摩擦力與接觸面積大小無關(guān)

1、為什么摩擦力與接觸面積大小無關(guān)為什么摩擦力與接觸面積大小無關(guān)摩擦是人類社會(huì)與生活中的一個(gè)基本現(xiàn)象，也是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，大多數(shù)人都能感受和明白這樣一些簡(jiǎn)單的事實(shí)：沒有摩擦，人不能行走、汽車不能奔跑、輪船不能下水、飛機(jī)不能上天…….然而并非大多數(shù)人都知道，摩擦的本質(zhì)和規(guī)律是什么，我們的祖先又是如何去探索摩擦的本質(zhì)和規(guī)律的.古典哲學(xué)家亞里士多德的遺言表明，在古代，人類就知道摩擦的存在和潤(rùn)滑劑的用途，但是差不多2000多年來未

2、對(duì)其作過科學(xué)的解釋.盡管如此，人類已經(jīng)在自覺或不自覺地利用摩擦和摩擦作斗爭(zhēng)了.我國(guó)上古時(shí)代，鉆木取火就是世界上最早利用摩擦生熱的例子.1700多年前，三國(guó)時(shí)代杰出的機(jī)械發(fā)明家馬鈞，運(yùn)用摩擦的原理設(shè)計(jì)和改革了許多生產(chǎn)工具，創(chuàng)造了一種把河水提上坡的工具叫做翻車，這種車輕便靈活，功效很高，這就是后代的龍骨水車.明代杰出的科學(xué)家宋應(yīng)星在他寫的《天工開物》第二卷《乃服》中描述了“花機(jī)”，也是巧妙地應(yīng)用摩擦原理，成了當(dāng)時(shí)世界上最為先進(jìn)也最為精巧的腳

3、踏提花機(jī).人類早在2300多年前就知道滾動(dòng)摩擦要比滑動(dòng)摩擦小得多，如果要移動(dòng)一個(gè)重物，在重物下面放一些滾木，顯然要比在地面上移動(dòng)容易得多，正是基于這一點(diǎn)，才使車輪成為運(yùn)輸技術(shù)上的一大發(fā)展.事實(shí)上，人類早在公元前3500年前就已使用了車輪.為了減小摩擦，人類大約也在公元前3500年前就開始使用潤(rùn)滑劑了.我國(guó)應(yīng)用石油作潤(rùn)滑劑的記載始于公元3世紀(jì)前后西晉張華所著的《博物志》，書中提到酒泉延壽和高奴有石油，并且用于“膏車及水碓甚佳.”在埃及的一

4、座古墓中，有一輛戰(zhàn)車，在其車輪軸承中仍保存有一些早先使用的動(dòng)物油脂.埃及人在其不朽的建筑施工中還是顯示出，他們已清楚地懂得了摩擦的原理.在搬運(yùn)一座大雕像時(shí)，有172個(gè)奴隸沿著木頭軌道拖曳一座重約6104kg的大雕像，其中有一人將液體不斷地倒在軌道上，以減少拖曳雕像的摩擦力.人類對(duì)摩擦現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)研究始于15世紀(jì)意大利的文藝復(fù)興.文藝復(fù)興使科學(xué)從神學(xué)和教會(huì)的學(xué)理體系中解放出來，并在新的合理主義、求實(shí)主義上面強(qiáng)有力地扎下了根.在此期間出現(xiàn)了

5、不少杰出的人物，其中有代表性的是雷納德達(dá)芬奇.他是一名工程師，也是一名出色的畫家.受當(dāng)時(shí)不斷繁榮起來的造船技術(shù)的影響，達(dá)芬奇開始著手進(jìn)行摩擦的研究.他的有關(guān)摩擦的見解，散見于他的筆記中.達(dá)芬奇結(jié)合實(shí)際進(jìn)行固體摩擦的實(shí)驗(yàn)研究，開始引導(dǎo)出在他以前誰也不知道的現(xiàn)象和定律.他小心謹(jǐn)慎，采取了與任何教會(huì)無關(guān)的超然立場(chǎng).幸運(yùn)的是，圣經(jīng)上沒有談到有關(guān)摩擦的神意，因此他所引導(dǎo)出的摩擦現(xiàn)象，就絲毫不必?fù)?dān)心會(huì)激怒教會(huì)而先于伽利略受到審判.達(dá)芬奇首先談到：物

6、體的材料性質(zhì)不同，摩擦力的大小也不一樣.這是有關(guān)摩擦力大小的第一個(gè)論述.接著，他對(duì)光滑和粗糙的表面進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)比較，提出了表面越光滑，摩擦力越小的設(shè)想，即把產(chǎn)生摩擦的原因歸結(jié)于表面的粗糙度.這一設(shè)想直到進(jìn)入本世紀(jì)之前，幾乎沒有受到任何人的懷疑.在輕、重物體的摩擦力對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，達(dá)芬奇寫出了使其名垂摩擦研究歷史的記載：“一切物體，剛要開始滑動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生叫做摩擦力的阻力，此摩擦力之大小，在表面是光滑的平面與平面之間摩擦?xí)r，為其重量的四分之一”

7、.這是一個(gè)十分出色的推理和歸納，說的直接原因，還可能是當(dāng)時(shí)軍事上的需要以及當(dāng)時(shí)的有閑階級(jí)普遍喜歡觀賞噴泉，而其中要用水泵.例如有一名工程師叫巴雷特，發(fā)表了關(guān)于水力學(xué)的兩冊(cè)著作，其中按照當(dāng)時(shí)的理解水平對(duì)摩擦有了創(chuàng)見的評(píng)述.不過，關(guān)于摩擦的第一篇原著是高勞米阿蒙頓寫的.他是一位訓(xùn)練有素的建筑師，但在當(dāng)時(shí)從事某方面的專業(yè)并不排除對(duì)整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的興趣，如他以空氣膨脹原理研制了第一支氣體溫度計(jì)，并設(shè)計(jì)出了一臺(tái)蒸汽機(jī).當(dāng)時(shí)他曾風(fēng)趣地說，這臺(tái)蒸汽機(jī)理

8、應(yīng)在經(jīng)濟(jì)上獲得成功，因?yàn)樗婉R不同，不用時(shí)不需加料.阿蒙頓1699年在法國(guó)皇家科學(xué)院學(xué)報(bào)上發(fā)表了一篇關(guān)于摩擦的論文.在這篇論文中，他重申了達(dá)芬奇當(dāng)初得出而被人遺忘了的兩條摩擦定律.其中關(guān)于摩擦力大小與正壓力成正比（即F∝N）的關(guān)系很快被科學(xué)院接受，而關(guān)于摩擦力大小與物體大?。ㄖ附佑|面積）無關(guān)的現(xiàn)象卻引起了科學(xué)院的驚訝和懷疑.該科學(xué)院老資格院士拉希爾重復(fù)了阿蒙頓的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明阿蒙頓的結(jié)論是正確的.當(dāng)時(shí)阿蒙頓還注意到，他所研究的表面不是光

9、滑的，而是連肉眼也看得出的粗糙面.所以他認(rèn)為，摩擦是由于一個(gè)表面沿著另一個(gè)表面的微凸體上升做功，或是由微凸體發(fā)生彎折或斷裂而引起的，因此在后一世紀(jì)中大多數(shù)科學(xué)家接受了摩擦是因表面凹凸不平引起的.在阿蒙頓的論文發(fā)表35年后，英國(guó)科學(xué)家德薩古利爾對(duì)摩擦機(jī)理提出了一個(gè)截然不同的觀點(diǎn).他在討論摩擦?xí)r考慮了表面凹凸現(xiàn)象后指出：“當(dāng)兩個(gè)表面制造得比較光滑時(shí)，理應(yīng)較易滑動(dòng)，然而實(shí)驗(yàn)表明，平的金屬表面或其它物體表面可能因經(jīng)過拋光而使摩擦增大.”他把這種

10、相互矛盾的特性歸因于接觸區(qū)的表面之間的“粘附”作用，但他沒有根據(jù)粘附作用來解釋摩擦定律.在摩擦研究方面做出卓越貢獻(xiàn)的人中，要推崇法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵?庫(kù)侖是一位富有經(jīng)驗(yàn)的工程師和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，原先是法國(guó)皇家工程部隊(duì)的一名隊(duì)長(zhǎng)，在西印度群島服役9年，后來因病回到法國(guó)并開始研究摩擦，這是為獲得法國(guó)科學(xué)院為有效地研究機(jī)器設(shè)計(jì)提供的獎(jiǎng)金而進(jìn)行的.科學(xué)院明確規(guī)定“摩擦定律和繩子剛度影響必須通過大規(guī)模的新實(shí)驗(yàn)來加以鑒定.”還要求把這些實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于船舶機(jī)械

11、.因?yàn)楫?dāng)時(shí)雖然對(duì)摩擦已進(jìn)行了大量的研究，其基本性質(zhì)也大體被弄明白了，但只得到了摩擦的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可靠性不高，迫切需要對(duì)摩擦進(jìn)行有實(shí)用價(jià)值的試驗(yàn)研究，并取得可靠性數(shù)據(jù)，以克服摩擦，提高各種機(jī)器的效率和耐用性.庫(kù)侖在此期間發(fā)表了名著《簡(jiǎn)單機(jī)械原理》，從而獲得了科學(xué)院的獎(jiǎng)金并被評(píng)為院士.庫(kù)侖在研究摩擦?xí)r，考慮了許多復(fù)雜因素對(duì)摩擦的影響，如物體材料及性質(zhì)、表面潤(rùn)滑狀態(tài)，接觸面大小、負(fù)荷、表面接觸的滑動(dòng)的持續(xù)時(shí)間等等.雖然他的研究有

12、一定的模糊性，但是他所得出的結(jié)論卻是清晰和直接了當(dāng)?shù)?庫(kù)侖同阿蒙頓一樣，也認(rèn)識(shí)到了他所研究的表面是不光滑的，當(dāng)兩個(gè)粗糙表面放在一起時(shí)，其接觸情況好像兩把刷子的鬃毛相互交嵌，這樣，接觸面積將隨表面增大而增大.如果摩擦是由粘附作用所引起的，那么它將隨物體的增大而增大，即摩擦和物體的大小有關(guān).庫(kù)倉(cāng)本人的測(cè)量結(jié)果表明情況不是這樣.庫(kù)侖的功績(jī)?cè)谟谒峁┝藰O有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)資料，并指出摩擦科學(xué)的發(fā)展道路.他是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到摩擦不僅取決于正確選用摩擦副材料