随手可做的摩擦力实验

随手可做的摩擦力实验

一、感受最大静摩擦力

静摩擦力是一个变化的物理量，一张桌子放在粗糙的地面上，如果它受到的最大静摩擦力是100N，当我们用10N的力推它时，推不动，这是因为此时地面给它的静摩擦力大小刚好等于10N；当我们用50N的力推它时，还是推不动，这是因为此时地面给它的静摩擦力和你的推力同步增大到50N；当我们用100N的力推它时，仍然推不动，这是因为此时地面给它的静摩擦力大小刚好等于100N；当我们用101N的力推它时，桌子开被推动，这是因为此时地面给它的静摩擦力达到了最大值100N后不再增大。不过，推动桌子的一瞬间，桌子受到的摩擦力不再是静摩擦力，而是滑动摩擦力，而相同情况下，滑动摩擦力是小于最大静摩擦力的，因此在桌子被推动的一瞬间，你会突然觉得轻松了一点，你的身体会因为摩擦力突然明显减小而推力不变向前倾倒。

关于静摩擦力的这一个特点，我们可以利用书本、弹簧测力计和你的课桌做一下实验来体验一下，如图1所示。阅读课本我们知道，用弹簧测力计水平拉着物体做匀速直线运动时，弹簧测力计的读数就等于物体受到的滑动摩擦力。稍稍转换一下视角，如果用弹簧测力计水平拉着物体在水平面上保持静止时，弹簧测力计的读数就等于物体受到的静摩擦力。

由此，我们可以借助细线，通过弹簧测力计拉书本，开始用0.5N的拉力拉书本，书本没有被拉动，此时弹簧测力计的读数0.5N就等于书本

受到的静摩擦力；改用1.0N的拉力拉书本，书本没有

被拉动，此时弹簧测力计的读数1.0N就等于书本受到

的静摩擦力；继续增大拉力，记下刚刚拉动书本前一

瞬间弹簧测力计的读数f最大，就等于书本受到的最大

静摩擦力；在此基础上，水平拉动书本在课桌面上做

匀速直线运动，记下此时弹簧测力计的读数f，这是

此时书本在课桌面上滑动时受到的滑动摩擦力，f明显小于最大静摩擦力f最大。

二、感受滑动摩擦力和滚动摩擦力的区别

同样条件下，滑动摩擦明显大于滚动摩擦。如图2所示，我们可以利用圆珠笔芯、桌面和手掌做一下实验来体验一下。将手掌展开压在桌面上，紧贴着桌面向一个方向抽动，感受桌面对手掌的摩擦阻力；在手掌下垫上数支

圆珠笔芯，将手掌展开用同样的力压在圆珠

笔芯上，紧贴着圆珠笔芯想同样的方向抽动，

你会感受到手掌受到的摩擦阻力明显变小。

忽略圆珠笔芯表面与桌面的区别，我们能够

得出结论：在相同条件下，滑动摩擦力明显大于滚动摩擦力。如果你要看看究竟有多大的差别，可以在第一个实验的基础上做个改动，先用弹簧测力计水平拉动书本在桌面上做匀速直线运动，记下弹簧测力计的拉力，大小等于此时书本受到的摩擦力f1,；在书本下垫上数支圆珠笔芯，用弹簧测力计水平拉动书本在桌面上做匀速直线运动，记下弹簧测力计的拉力，大小等于此时书本受到的摩擦力f2，比较两次摩擦力的大小。

三、感受决定摩擦力大小的因素

决定滑动摩擦力大小的因素有两个，一是接触面间的压力大小，另一个是接触面的粗糙程度。在接触面粗糙程度相同的情况下，接触面间的压力越大，滑动摩擦力越大；在接触面间的压力相同的情况下，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。对此我们可以用这样的小实验来体验。

如图3所示，将自己的手掌展开压在桌面上，紧贴桌面缓缓地抽动手掌，感受一下桌面对手的摩擦阻力；再次将自己的手掌

展开压在桌面上，请另一位同学将手掌

用力压在你的手掌上，请你试着再次紧

贴桌面缓缓地抽动手掌，感受一下桌面

对手的摩擦阻力。很明显，第一种情况

下桌面给手掌的摩擦阻力小于第二种情况。该实验中，接触面间的粗糙程度相同，压力不同，导致摩擦力不同，而且压力越大，摩擦力越大。

如图4所示，找两根一样的细铁棒，悄悄地在一根细铁棒的一端涂上食用油，请班级

里力气最大的男同学和力气最小的女同学拉着铁棒的两端，

可能看谁最终把铁棒握在手里。先让他们拉那根没有猫腻的

铁棒，“哗”的一声，小伙子赢得很轻松；再让他们比赛一

次，让他们拉另一根试试看，此时要有意识的让力气小的女同学拉着没有涂抹食用油的一端，力气大的男同学拉着涂抹了食用油的那一端，结果奇迹出现了：铁棒被力气小的女同学稳稳地抓在了手里，而力气大的男同学则是茫然的看着自己的双手，他纳闷啊：他和女同学拉这根铁棒，谁对铁棒的摩擦力大，谁就应该将这根铁棒拉到手里啊。很明显的是，他的力气大，女同学力气小，按道理说这根铁棒两端的表面是一样的情况，怎么接触面粗糙程度一样时，他对接触面的压力大，反而摩擦力小了呢？其实他不知道，这根铁棒被做了手脚啦，他握的这端是涂了光滑的食用油的，而女同学那端才是正常的铁棒，所以他这端因为特别光滑，导致了尽管他对铁棒的压力大，但是形成的摩擦力却比女同学的小，最终他输给了女同学。这两个实验从侧面说明，摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有很大关系。具体地说是这样的:在压力相同的情况下，接触面越粗糙，摩擦力越大。