登陆注册
15663600000008

第8章 摩擦定律、滚动和滑动定律

在我们的周围,有各种各样的摩擦现象。人走路、坐定和工作,得依靠摩擦;各种车辆行驶,要依靠摩擦;任何房屋建造,离不开摩擦;就是耸入云霄的高山,也要依靠岩石、砂和土之间的摩擦……假如摩擦在世界上突然消失了的话,人无法走路,手无法拿东西,桌椅、板凳就要散架,汽车、自行车装配不起来,任何建筑物也不可能建造起来,一切物体都要向低处滑溜……应用和研究摩擦也就成为力学中的最重要课题之一。

法国著名科幻小说家儒勒·凡尔纳曾在他的《马蒂斯·桑多尔夫》中,描写了一个名叫马蒂夫的大力士,他力大如牛。作者在书中写了这样一件事:“特拉波科罗”号这艘50吨重的新船停在船坞里,正准备下水,人们只要把绳索砍断,船就会很快滑下去。

“呼”的一声,香槟酒瓶撞在船头上,酒沫飞溅,船工们砍断缆索,新船“特拉波科罗”号立即沿滑架向水中滑去。

突然,有一只快艇驶来,眨眼工夫,快艇已驶到船坞正前方。这时,眼见滑下水的新船“特拉波科罗”号将和这艘快艇相撞,岸上的人都惊恐万状,束手无策。

就在此时,只见马蒂夫一个箭步跨到船跟前,抓住拴在船头的缆索,在埋入地面的铁桩上绕了几圈。他冒着被甩死的危险,用手拉住缆索僵持了大约10秒钟。最后绳索断了。

可是这10秒钟时间已经够了!“特拉波科罗”号进水以后,只轻微地掠了一下快艇,就向前驶去了。快艇脱了险,马蒂夫也安然无恙。

马蒂夫的勇敢行动确实令人敬佩。可是,从力学角度看,任何一个能使出10千克力的人,即使是个孩子,也能创造这一奇迹的。这是因为摩擦力帮了他的忙。下面不妨请你算一算。

原来,绕在铁桩上的绳索在滑动的时候,摩擦力可以达到极大的限度。绳索绕的圈数越多,摩擦力也就越大。摩擦力增长的规律是:如果圈数按照算术级数加多,摩擦力就按几何级数增长。

18世纪数学家、力学家欧拉,曾经确定过摩擦力跟绳索绕在桩子上的圈数有下列关系:F=feka式中f表示我们所用的力,F代表我们所要对抗的力(也就是希望绳索产生的摩擦力)。e表示数2.71828……(自然对数的底),k表示绳和桩子之间的摩擦系数。a表示绕转角,也就是绳索绕成的弧的长度跟弧的半径之比。

把这个公式应用到儒勒·凡尔纳的故事里,所得到的结果非常令人吃惊。由于新船“特拉波科罗”号的重量是50吨,假定船坞的坡度是1/10,那么作用在缆索上的力只有船重的1/10,也就是5吨。

现设k,即缆索和桩子之间的摩擦系数的数值为1/3。并假定马蒂夫曾经把缆索绕桩3圈,那么a=3×2πγγ=6π把这些数值代入欧拉的公式,可得5000=f×2.726π×13,lg5000=lgf+2πlg2.27,f=9.3千克,所以,尽管马蒂夫是大力士,但他只用10千克的力,就可以把缆索拉住。

1781年,炮声隆隆,英法两国正为争夺殖民地而交战。法国政府看到自己的海军力量不如英国,就决心在改进海军设施的设计上下功夫。

于是,该年法国科学院进行悬赏征文,其中有一个题目是“关于摩擦定律和绳索的牢固性问题”。要求是“做新实验,结果应有大规模应用的价值,并能运用到对海军有价值的机器,例如:滑轮、绞盘和斜面上去。”

没过几个月,一辆马车驶近的响声,在科学院的大门前停止了。原先坐在院秘书处的那个男人,仔细听了一下从门口传来的声音,便站起身来,信步走到窗前,一眼就看出,是皇家工程部的高级军官库仑,从马车里走了下来。

原来是库仑亲自前来送交应征论文。他的这篇题为《简单机械的理论》的论文,紧紧围绕与滑轮、绞盘和斜面密切有关的实验研究,观测得是那样仔细,分析得又是如此透彻。因而不久就赢得了该奖。

库仑以其敏锐的眼光,指出影响摩擦力的因素有:接触表面的性质及其涂层,表面承受的压力,接触时间,表面滑动的速度,空气的湿度或干燥程度等条件,一共12项之多,从而具体明确地表述了摩擦定律、滚动定律和滑动定律。

库仑还以其灵巧的双手,逐项逐项地进行试验,经过艰苦的研究,他总结出下列经验公式:(1)对于滑动面之间的摩擦:F=A+Pμ式中,F表示摩擦力,P表示正压力,μ为摩擦系数的倒数,A表示一恒定不变的力。

(2)对于斜置的滑动面

F=Aμ+p(cosn+sinn)μcosm+sinm式中,n为斜面与水平面的夹角,m为力F的作用方向与斜面的夹角。

(3)对于滚动摩擦

F=kpr式中,r为圆筒半径,k为滚动摩擦系数。正由于库仑对摩擦力的卓有成效的研究,他不仅得了奖,而且于次年当选为法国科学院院士。为了保持较好的科学实验条件,库仑仍在法国军队中服务,但他的名字却传遍了欧洲科学界。

同类推荐
  • 外星人大图说

    外星人大图说

    本书主要介绍了外星人事件曝光、外星人事件揭秘、外星人生命体、外星人丢失的婴孩、外星人青睐地球人、外星人目击报告、外星人与地球人的婚姻等内容。
  • 决不放弃——航海英雄启示录

    决不放弃——航海英雄启示录

    本书为我们重现了四位航海探险家,包括哥伦布、达·伽马、麦哲伦、库克,书中带领我们同四大航海探险家一起,走上跨越海洋的大胆旅程,分享他们的冒险和知识。
  • 探索未知-奇妙地理景观

    探索未知-奇妙地理景观

    探索未知,追求新知,创造未来。本丛书包括:奇特的地理现象、遗传简介、生活物理现象解读、奥妙无穷的海洋、认识微生物、数学经典题、垃圾与环境、湛蓝浩瀚四大洋、生物的行为、漫谈电化学、数学古堡探险、中国的世界文化遗产、中国古代物理知识、中国三大三角洲、中国的地理风情、多姿的中国地形、认识少数民族医学、悠悠的中国河流等书籍。
  • 求知文库-绿色的诱惑

    求知文库-绿色的诱惑

    高等植物被分为苔藓植物门、蕨类植物门、裸子植物门和被子植物门。植物经历了从简单到复杂的长期演化过程,才形成了当今种类繁多、构造复杂的植物世界。
  • 兵锋所向的纷争之地

    兵锋所向的纷争之地

    本书介绍了从中国到世界各地的纷争之地,其中既有天下第一关山海关、”一夫当关,万夫莫开“的函谷关、扼守长江的第一要塞江阴等中国历来的兵家必争之地,也有西方的海上生命线直布罗陀海峡、欧亚联系的陆桥巴尔干半岛等世界著名的军事要地。
热门推荐
  • 都市全能保镖txt

    都市全能保镖txt

    世界第一强者——墨瞳,在一个SSS级保镖任务时,遇到幼时朋友,从此获其芳心,艳福不断。
  • 半世蹉跎人生路

    半世蹉跎人生路

    叙述包家良一生从出生到中年,自小过着穷苦的生活,然后因没有饭吃,到地主家去放牛、然后读几年书,然后又去当学徒,种田,打铁,当兵,进工厂做工等等行业,做遍了工农商学兵,各种坎坷经历,一直不顺心的人生经历。
  • 冰棺轮回

    冰棺轮回

    每天三章更新,希望喜欢冰棺的仙友们留下言。没有读者的写作很枯燥,哪怕只有一人在读在给我坚持,我的笔就不会放下。。一天9000字早点完本早就写下一本,另说明一下,小败只会写玄幻而且全部是盘古那类型的。因为我不是在想剧情,而是小败乃远古之魂。。。
  • 总裁的时尚俏佳人

    总裁的时尚俏佳人

    一个是近五年内迅速崛起的欧氏企业帝国的总裁。一个创办了时尚杂志《初》和时装界新兴品牌的时尚界新宠。五年前,因为他的桃色意外,她伤痛欲绝的逃离他。他找她五年却毫无收获。最终,他宣布订婚消息,把她逼回来了……桃色意外,订婚消息,重逢,是缘分还是细心安排?他们终将何去何从?
  • 惜殇叹

    惜殇叹

    题记:当初的我们为了能够简简单单的过完此生,放弃了多少,又伤害了多少人。真的能够舍弃曾经打下的天下么?抬头望天,我们的明天又将如何呢?
  • 恶魔甜心:逗比男神求收养

    恶魔甜心:逗比男神求收养

    某男神邪魅的说:“叶浅浅吃了我的东西就是我的人了。”叶浅浅一脸疑问的说:“我是女的,你是不是搞错了。”男神满脸黑线:“难不成你要我去找男的。”叶浅浅说:“你不是性取向有问题吗?”男神说:“你在敢说我性取向有问题,我可是直男。”叶浅浅嘲笑说:“那你怎么对女人没反应。”“因为我只对你有反应。”男神慢慢靠近,叶浅浅一脸惊慌失措说:“你别过来,男女授授不亲。”完上官梓疑跳了跳眉笑眯眯的说:“言希宸你说你喜欢我?”言希宸点了点头说:“嗯嗯。”上官梓疑漫不经心玩着自己做好的水晶指甲问:“那我和你兄弟掉水里救谁?”言希宸毫不犹豫的回答:“救你。”上官梓疑心满意足的说:“看在你这么诚恳地份上,我答应你吧
  • 一半记忆,一半继续

    一半记忆,一半继续

    踏入这陌生的校园,这座城市里唯一的落脚点,还好遇见了你,我愿花上所有的幸运,一直以朋友的身份陪伴。
  • 美人密令

    美人密令

    虚月夜这个女调查师,调查了好多的婚外情,调查了好多的商业机密,却难逃自己的秘密被暴露。古梵这个男人,有着包青天火热的心,做着包青天的事情,却总是黑着一张脸,写着生人勿进唯一可进的却是虚月夜这个调查师。当调查师遇上包青天,当老鼠遇到猫。猫(古梵)说:"我从来不吃老鼠。“老鼠(虚月夜)说:”老鼠想要吞了猫。“猫脸色一黑。老鼠心想我吞不了,还逃不了嘛,我逃,我逃,我逃逃逃
  • 百变仙魔传

    百变仙魔传

    古老的东方帝国,龙吟九霄云腾致雨,虎啸百川风卷残雷;神州大地,无数神话人物被世人颂扬至今,奈何今昔,早已是艳飞湮灭,是否真的是时过境迁、物是人非??……圣人出,仙魔现,海炜誓,万古存……十爪苍龙,至尊魔神,一个又一个存在于神话中的传说,尽在“百变仙魔传”。
  • 风云女相

    风云女相

    女孩苏墨婷经过风雨成为一代女相,她哭过,恨过,痛过,但最终走向了成功