静摩擦与动摩擦
推一个很重的箱子,它怎么都不动——直到某一刻突然滑动,然后几乎毫不费力地滑下去。这幅并排对比图说明,为什么“把物体钉在原地”的摩擦比“让它滑起来以后拖住它”的摩擦更大。
推一个很重的箱子,它怎么都不动——直到某一刻突然滑动,然后几乎毫不费力地滑下去。这幅并排对比图说明,为什么“把物体钉在原地”的摩擦比“让它滑起来以后拖住它”的摩擦更大。
摩擦是阻碍一个表面在另一个表面上滑动的力,它有两种:静摩擦,在物体静止时起作用,阻止它起步;动摩擦,在物体已经在滑动时起作用。如果你曾经费力推动一个重箱子、然后感觉它几乎毫不费力地滑走,你就体会过两者的差别。
这幅图把两种情况并排画出。左边,滑块被推却不动;右边,滑块已经起滑,而且摩擦力反而变小了一点。
“起步比滑动更难”能解释很多现象:为什么推衣柜要先猛地一下,为什么刹车能咬住,以及为什么摩擦力一降,滑动的物体就会突然向前窜。
你稳稳地推滑块。它不动,所以一定有某个力以同样大小反推回来——那就是静摩擦,它随你的推力一起增大。
只要滑块静止,静摩擦就恰好与推力平衡。它不是一个固定值:你推得越用力,它也悄悄增大,直到到达上限。
每一对表面都有最大静摩擦。推过这个值,咬合点就松开,滑块终于开始运动。
滑动的瞬间,摩擦从静摩擦切换为动摩擦。动摩擦略小,因为两个表面不再彼此咬住,而是相互掠过。
此时推力大于摩擦力,于是有剩余的力量把滑块向前拉。正是这份“多出来的力”让刚起步的物体不断加速,而不是停住。
任何表面在微小尺度上都是粗糙的,两个表面的微观凸起会互相咬合。物体还静止时,这些接触点彼此咬住,于是静摩擦会随你施加的推力而增大,与推力相平衡。
要保持滑动,两个表面必须不断挣脱这些微小的咬合点,彼此锁住的时间更短,因此摩擦力比启动所需的峰值略小。
它是那些咬合点松脱前能抵抗的最大力。当推力超过它时,物体起滑,摩擦就从静摩擦切换为动摩擦。
在简单的课堂模型中,动摩擦被当作与速度大致无关的常量。真实表面更复杂,但这一近似足以解释“起步比滑动更难”这一差别。
就在它要动之前,推力已经超过最大静摩擦。一旦开始滑动,摩擦降到更小的动摩擦值,于是推力大于摩擦力,物体便加速而不是停住。