為什麼摩擦力的大小與接觸面的大小無關?

時間 2021-05-06 13:56:54

1樓:採姑娘的小白兔

初中老師說的是無關。如果你好好讀初中的話。

然後你到了高中,好好讀的話就能讀乙個好大學。

然後你的老師就會告訴你,很多情況下,摩擦力和接觸面積有些直接的關係。

2樓:

高中物理認為摩擦力與接觸面積無關是根據模型推導出的精確結論,是高度自洽的;而非太複雜所以省略或者沒學微積分解釋不了。

高中物理的力學模型中,力都是集中在一點上的,點沒有面積,接觸面的面積再怎麼變,壓力仍然只作用於一點。為了確保這點還需要剛體假設,否則作用點壓強無限大,會被壓潰,不能再承受壓力。在這兩點假設下,引入乙個與接觸面積相關的因子是完全沒有依據的。

摩擦學的研究結果之所以異於高中的結論是因為物理模型變了,力由點力變成了分布力,而且考慮物體彈塑性變形;不僅如此,還要考慮溫度等因素,已經不是純力學模型了。

物理背後是有邏輯的。兩個完全不同的模型結論不能互通,所以摩擦學的結論完全不能否定高中物理的結論。除非修改上述兩條基本假設,否則在現在的模型框架下,結論永遠都是摩擦力與接觸面積無關。

3樓:鄢曉宇

摩擦力大小和實際接觸面積成正比,與名義接觸面積無關。但是實際接觸面積在非過載情況下和壓力成正比,高壓載荷下不成正比,所以可以近似認為高中課本是對的。

4樓:雲行軍

提到壓強的樓下是不是說漏了——如果摩擦力只是正比於壓強,那麼同樣重量的物體在水平平面上,接觸面越大,摩擦力越小了?

以巨集觀粗淺的摩擦力模型,摩擦力應該是正比於

壓強——壓強越高,接觸面的微觀顆粒緊密度越緊密,顆粒碰撞越強,摩擦力越高

接觸面積——接觸面積越高,接觸面的圍觀顆粒接觸越多,碰撞越多,摩擦力越高

數學過程中面積因素取消了,於是巨集觀摩擦力只正比於表面支撐力

5樓:norm

先說結論,簡單說就是摩檫力大小和接觸面積大小的關係得看材料。按照以前課本上的說法, 同樣的材料摩擦係數應該是固定的,但是事實上,很多材料在施加壓力以後,摩擦係數會降低,比如鋁和輪胎的橡膠。

鋁的摩擦係數隨著壓力增大而減小 http://citeseerx.ist.

psu.edu/viewdoc/download?doi=10.

1.1.369.

1903&rep=rep1&type=pdf

輪胎橡膠的摩擦係數隨著壓力降低,甚至會導致在車重增加後摩擦力隨之增大的幅度變小,那麼怎麼克服這種因為車重增加而導致的輪胎摩擦力不足,進而導致剎車容易抱死的問題呢?

就是通過增大輪胎面積,輪胎面積大了以後,壓強變小,單位面積的壓力負載就小了,單位面積負載小了以後,摩擦係數就回歸正常水平,輪胎的靜摩擦力就增加了,也就不容易抱死了。

我猜測這也是為何重車常常剎不過輕車的原因吧。

按照高中課本公式你去套用會發現乙個有趣的現象。兩輛車,一重一輕,如果都能運用輪胎發生打滑前的最大剎車力剎車的話,剎車距離是由輪胎靜摩擦力決定的,和車重沒有關係。而根據高中課本公式繼續算下去,面積和摩擦力也沒有關係:

動能 = 0.5 * 質量 Mass * 速度 Velocity * 速度 Velocity

距離 = 0.5 * 質量 * 速度^2 / 剎車力

摩擦力(即不打滑前提下,可以應用的最大剎車力) = 摩擦係數 * 重量

重量 = 質量 * 重力加速度

輪胎摩擦力極限所能提供的最短不打滑剎車距離 = 質量 * 速度^2

輪胎摩擦力極限所能提供的最短不打滑剎車距離 = 速度^2 / (輪胎摩擦係數 * 9.8)

但是這顯然和現實的實踐是相矛盾的,同樣的車子,載了人貨剎車距離會變長。現實中大貨車也都用巨大的,多於普通小客車數倍的輪子來增加面積,進而解決剎車問題。

之所以現實和高中學習的理論不符,按照個人的理解,應該就是與上面的摩擦係數變小有關了。

如果真是這樣的話,也能解釋為何電單車在直線乾燥路面的剎車能贏過汽車了,因為輕啊。

覺得被高中老師騙了,mind blowing,原來我用力按著錢,別人未必就會更難搶走它。

6樓:微醺之境

實驗表明,當壓力不大時,實際接觸面積與載荷成正比,此時材料處於彈性階段。當載荷過大時,實際接觸面積不再與載荷成正比,此時摩擦係數與接觸面積有關。已被實驗證實!

7樓:學者無疆56

摩擦力這個問題太複雜,實際與接觸面積是有關的。只是中學物理裡不提,按只與正壓力和摩擦係數有關計算。實際做乙個簡單的實驗你就都明白了:

把你的被子平鋪在床上拉一下,再把被子疊起來拉一下,可以看到明顯的拉力不同。質量沒變重量沒變正壓力沒變呀,材料沒變摩擦係數沒變呀,為什麼拉力會不一樣?只會背課本、套公式就真成了「書呆子」。

8樓:此在

摘自李復編著《力學教程(上)》,清華大學出版社,2011.6,第70~71頁:

為什麼摩擦力與接觸面積大小無關?有一種比較粗略的微觀解釋。通常說的接觸面積可以稱為「巨集觀接觸面積」,是巨集觀上觀測到的接觸面積。

兩個物體在此面積上的絕大部分分子之間的距離都是巨集觀小微觀大,超出了分子力作用範圍,對摩擦力沒有貢獻。只有一些區域性的微小區域上兩個物體緊密接觸,分子之間的距離達到微觀尺度,兩個物體的分子之間有作用力,從而構成巨集觀摩擦力。這些區域性微觀上緊密接觸的面積可以稱為「微觀接觸面積」。

產生相互作用的分子對數目與「微觀接觸面積」成正比,因此摩擦力本質上應該與「微觀接觸面積」成正比。在一定的壓力下,「微觀接觸面積」基本上是確定的,與「巨集觀接觸面積」無關,所以摩擦力也大體上與「巨集觀接觸面積」無關;正壓力增加,引起兩物體更大形變,使「微觀接觸面積」增大,從而摩擦力也隨之增大,「微觀接觸面積」近似與正壓力成正比,於是摩擦力也近似與正壓力成正比。

個人理解:接觸面的形變是由壓強引起的,正壓力一定時,接觸面積較大會導致單位面積上微觀接觸的分子較少,但取合力時在總量上會彌補回來。即:f=μpS=μN。

9樓:yi feng

看似光滑的表面在微觀尺度下實則粗糙不平,存在著很多微突體asperity。兩接觸物體表明相互嚙合時,垂直於摩擦面的力會分攤到微突體上並阻止水平運動,即所謂的摩擦力。

接觸面越大,微突體越多,但每個微突體分擔的力會減少,而提供的總的摩擦力基本不變。

實際上由於微觀尺度上的非均值性,接觸面積增大,摩擦力會有輕微幅度的變化的。

10樓:

力學專業本科, 這兩年進入了摩擦學的組有了更深入的理解, 不知道樓主的學歷如何, 也許可以以後再慢慢深入了解.

在不同階段, 對於摩擦的理解並不一樣. 中學階段, 巨集觀的摩擦簡簡單單就是正壓力乘以乙個係數.

在微觀尺度, 摩擦力不光與面積有關, 還和基礎面的邊緣的長度有關. 清華大學鄭泉水老師課題組實現的微公尺尺度超潤滑, 就是一種很特殊的情況, 這種情況下摩擦力甚至和接觸面積的關係都很小, 可以看做只是和接觸邊長度相關. 相關工作發表在了PRL上面.

11樓:

補充幾個高中課本沒有的摩擦學的結論:

摩擦係數可以大於1,高中課本好像提到f小於1。

一些情況下摩擦力可以與面積相關,比如一些材料介面的壓力為零的時候也會有摩擦力,此時接觸面積越大摩擦越大。例如壁虎貼牆的情況。

12樓:

想象乙個粗糙的模型:摩擦力是由於兩種物體表面粗糙相互「咬合」形成的。

壓強越大,單位接觸面積咬合的越緊密,運動時候阻礙越大。總體之間摩擦力應該是咬合所造成相對運動阻礙的對面積積分。所以f=常數·(F/S·S),只與壓力有關,而面積消掉了以上是我高中的想法。

其實,摩擦力本質至今沒有研究明白。

13樓:zemu hu

有一門學科叫「摩擦學」,是軸承、齒輪製造的基礎科學之一,國際上還有個「摩擦學會」。中學物理沒有做相關的介紹,以至於學生與老師做無謂的糾結,是教材編寫的問題。

14樓:科密

是有關係的,這取決於如何定義接觸面積~ 摩擦學其實是們複雜的科學,事實上我們至今也沒有完美的解釋很多摩擦現象。等我去看看書再好好答一下這題~

15樓:

既然是高三黨,那我就告訴你,有些東西不必去糾結,權當實驗結論記住就好了,時間應重點花在弄懂不會、不熟的知識點上,以及經常總結反省。

另,我就讀於某非物理、電類工科專業,老師也是一句話「實驗發現」帶過的。。

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