摩擦系数一定小于1吗?

不少学生认为摩擦系数总是小于1 。其理由有以下几点:

(1)一般情况下,人们在搬运重物时,在地上拖着走比背在身上走省力,设重物匀速运动,因F=μmg,而F<mg,所以μ<1,这是不少学生认为μ<1 的客观基础。

(2)物理课本和一般物理参考书中所见的摩擦系数都小于1,这是不少学生认为μ<1 的理论根据。

(3)通常教师在讲课时也讲到摩擦系数小于1,这是不少学生认为μ<1 的可靠保证。

然而,这种认识是一种偏见,事实上,摩擦系数可以等于1,也可以大于1 。

1.从摩擦机理看,μ可以等于或大于1

摩擦系数主要是接触材料、界面粘染物或面润滑剂的一个特征,根据现代摩擦力理论,摩擦是接触表面原子之间的附着力引起的,当两物体相互接触时,首先是凸起部分表面原子相当地接近形成原子键,其强度与固体内部使自己聚集在一起的原子键的强度相当。表面如果非常洁净、接触非常紧密,两个互相接触的表面会粘附得非常牢固,在发生明显滑动之前出现"接点增长",接点面积不断增大,直到整个几何接触面积成为巨大的接触点,这时摩擦力很大,甚至会超过正压力,摩擦系数可以等于、大于1,甚至更大。美国C ·基特尔等著的《伯克利物理学教程》第一卷《力学》上有一表格记载有:铜与铜静摩擦系数是1.6,橡皮与固体静摩擦系数是1.0 ~4.0 。以上均可表明摩擦系数可以等于或大于1。

2. 从摩擦系数的测定方法看,μ可以等于或大于1

摩擦系数通常可以用摩擦角的方法测定,其方法一般是:将所要测量的两物体中的其中一个倾斜放置作为斜面,另一个放在斜面体上沿其滑下,逐渐减小斜面倾角θ,可以发现,当θ达到某一数值θ0 时,物体匀速下滑,则由

mgsinθ0=μmgcosθ0

得:μ=tg θ0。 (1)

θ0 是摩擦角,测得了θ0 ,就可以知道此两物体间μ的值,从(1)式容易看到:

当θ0 <45 °时,μ<1,

当θ0=45 °时,μ=1,

当θ0>45 °时,μ>1 。

由于正切函数在第Ⅰ象限的值域是(0,∞),所以μ不一定小于1,至于μ到底是多少,则由材料性质,界面状况等而定。


发布时间:2006/4/18 下午2:15:47  阅读次数:21453

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