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摩擦理论:稳固秘密揭示

【摘要】:摩擦理论保持稳固的秘密你正开着汽车在平坦的大路上飞奔,可是在经过十字路口的时候,红灯突然亮了,没有办法,你只能刹车暂停片刻了。也因为如此,综合研究摩擦、润滑和磨损相互关系的条件初步具备,这使得简单的摩擦理论上升为了摩擦学这一单门的物理学科。随着科学技术的发展,摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观,由静态进入动态,由定性进入定量,最终成为系统综合研究的领域。

摩擦理论 保持稳固的秘密

你正开着汽车在平坦的大路上飞奔,可是在经过十字路口的时候,红灯突然亮了,没有办法,你只能刹车暂停片刻了。可是你想过没有,急速行驶的汽车为什么会突然就停止下来呢?了解了这一节的摩擦理论,也许你就可以找到问题的答案了。

两个相互接触的物体表面发生相对运动或具有相对运动趋势时,在接触表面之间所产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的现象称为摩擦。阻碍相对运动或相对运动趋势的力称为摩擦力。关于摩擦的理论在物理学上可以算是距离我们生活最近的理论之一了,它研究的主要是相对运动的作用表面间的摩擦、润滑、磨损,以及三者间相互关系的理论。其实人们在每一天的日常生活中都会在不经意间遇到与摩擦有关的事情。

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人类很早就有了对于摩擦的认识,而且不仅仅是停留在认识方面,还利用它来为自己服务。如史前人类用钻木取火来进行生活,摆脱了只能吃生肉的饮食方法。而在我国第一部诗歌总集《诗经》的《邶风·泉水》中有“载脂载宣,还车言迈”的诗句,这表明了中国人民在春秋时期已经开始懂得利用动物的脂肪来润滑车轴,使之灵活轻快。除此之外,在西晋张华所著《博物志》中提到了酒泉延寿和高奴有石油,并且用于“膏车及水碓甚佳”,这是历史上最早有书面记载的使用矿物油作为润滑剂的资料。

虽然摩擦理论很早就被人们普遍接受并利用了,但从历史发展的长远角度来看,与其相关的研究却进展得非常缓慢,因为没有人对这些生活中常见的事实进行理论的研究。直到15世纪,意大利的列奥纳多·达芬奇才开始把摩擦这个常识引入理论研究的途径。

但是直到1785年,法国人库仑才在前人研究的基础上,用机械啮合概念解释了干摩擦,这是人类才第一次真正提出了摩擦理论。如前所述,关于摩擦的理论依然以非常缓慢的速度向前推进,直到又过了将近两百年后才再次有所突破,那就是在1935年,英国的鲍登等人开始用材料粘着概念研究干摩擦,并于1950年提出了粘着理论。

土著人钻木取火的情景(www.chuimin.cn)

而有关润滑方面的理论研究,自从英国的雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象,总结出的流体动压润滑理论之后,这种理论就一直没有发展,直到20世纪50年代电子计算机普遍应用之后,这种线接触弹性流体动压润滑的理论才开始有所突破。而对于磨损方面的研究,本来开展的时间就相对较晚,是在20世纪50年代提出粘着理论后,于60年代在研制出各种表面分析仪器的基础上开展的,不过相对于摩擦理论的其他两个方面而言,它的发展却是极为迅速的。也因为如此,综合研究摩擦、润滑和磨损相互关系的条件初步具备,这使得简单的摩擦理论上升为了摩擦学这一单门的物理学科。

蛇类之所以能行走就是依靠腹部肌肉收缩而与地面产生摩擦力

摩擦学研究的对象很广泛并且与其他各学科均有联系。比如在生物学方面,摩擦学主要通过研究海豚皮肤结构以改进舰只设计,通过研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎,通过研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以谋求人工心脏的最佳设计方案;在地质学方面,摩擦学问题主要有地壳移动、火山爆发和地震,以及山、海等断层形成,即使看起来毫不相关的音乐和体育方面,其实也存在着大量的摩擦学问题。

随着科学技术的发展,摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观,由静态进入动态,由定性进入定量,最终成为系统综合研究的领域。

摩擦学从达·芬奇开始至今虽然已经发展了几百年,但是有关于摩擦的起因仍是众说纷纭,即使随着现代科学技术的发展,人们对摩擦现象已经有了更进一步的认识和理解,但对于摩擦的起因和机理仍然没有一个公认的统一结论。

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思想实验

思想实验是指使用想象力去进行的实验。所做的都是在现实中无法做到(或现实未做到)的实验。例如著名的爱因斯坦有关相对运动的思想实验,又如在爱因斯坦和英费尔德合著的科普读物《物理之演进》中,就有一个实验要求读者想象一个平滑无摩擦力的地面及球体进行实验,但这在现实中是做不到的(或暂时做不到)。思想实验依靠的是想象力,而不是感官。爱因斯坦曾说:“理论的真理在你的心智中,而不在你的眼睛里。”