摩擦力的研究溯源（课件）

摩擦力的研究溯源 什么是摩擦力？ 摩擦是人类社会与生活中的一个基本现象，也是人类社会赖以生存和发展的重要基础，大多数人都能感受和明白这样一些简单的事实：没有摩擦，人不能行走、汽车不能奔跑、轮船不能下水、飞机不能上天……然而，并非所有人都知道，摩擦的本质和规律是什么，我们的祖先又是如何去探索摩擦的本质和规律的。 摩擦学早期发展 在古代，人类就知道摩擦的存在和润滑剂的用途，但是差不多2000多年来未对其作过科学的解释。尽管如此，人类已经在自觉或不自觉地利用摩擦和摩擦作斗争了。 我国上古时代，钻木取火就是世界上最早利用摩擦生热的例子。 1700多年前，三国时代杰出的机械发明家马钧，运用摩擦的原理设计和改革了许多生产工具，创造了一种把河水提上坡的工具叫做翻车，这种车轻便灵活，功效很高，这就是后代的龙骨水车。 明代杰出的科学家宋应星在他写的《天工开物》第二卷《乃服》中描述了“花机”，也是巧妙地应用摩擦原理，成了当时世界上最为先进也最为精巧的脚踏提花机。 人类早在2300多年前就知道滚动摩擦要比滑动摩擦小得多，如果要移动一个重物，在重物下面放一些滚木，显然要比在地面上移动容易得多，正是基于这一点，才使车轮成为运输技术上的一大发展。 人类早在公元前3500年前就已使用了车轮。为了减小摩擦，人类大约也在公元前3500年前就开始使用润滑剂了。我国应用石油作润滑剂的记载始于公元3世纪前后西晋张华所著的《博物志》，书中提到酒泉延寿和高奴有石油，并且用于“膏车及水碓甚佳。” 在埃及的一座古墓中，有一辆战车，在其车轮轴承中仍保存有一些早先使用的动物油脂。埃及人在其不朽的建筑施工中还显示出，他们已清楚地懂得了摩擦的原理。在搬运一座大雕像时，有172个奴隶沿着木头轨道拖曳一座重约6×104kg的大雕像，其中有一人将液体不断地倒在轨道上，以减少拖曳雕像的摩擦力。 人类对摩擦现象进行科学研究始于15世纪意大利的文艺复兴。文艺复兴使科学从神学和教会的学理体系中解放出来，并在新的合理主义、求实主义上面强有力地扎下了根。在此期间出现了不少杰出的人物，其中有代表性的是雷纳德·达·芬奇。他是一名工程师，也是一名出色的画家。受当时不断繁荣起来的造船技术的影响，达·芬奇开始着手进行摩擦的研究。他的有关摩擦的见解，散见于他的笔记中。 达·芬奇结合实际进行固体摩擦的实验研究，开始引导出在他以前谁也不知道的现象和定律。 达·芬奇首先谈到：物体的材料性质不同，摩擦力的大小也不一样。这是有关摩擦力大小的第一个论述。接着，他对光滑和粗糙的表面进行摩擦实验比较，提出了表面越光滑，摩擦力越小的设想，即把产生摩擦的原因归结于表面的粗糙度。这一设想直到进入本世纪之前，几乎没有受到任何人的怀疑。 在轻、重物体的摩擦力对比实验中，达·芬奇写出了使其名垂摩擦研究历史的记载：“一切物体，刚要开始滑动时，便产生叫做摩擦力的阻力，此摩擦力之大小，在表面是光滑的平面与平面之间摩擦时，为其重量的四分之一”。这是一个十分出色的推理和归纳，说明摩擦力与重量即与垂直力成正比。他还最早确立了比例常数即摩擦因数的概念，是件划时代的记述。即使在今天，对于光滑的固体表面来说，摩擦因数等于0.25也是颇为正确的值。 达·芬在摩擦研究领域留下了不少卓越的设想、发现和启示。他第一个弄清了只要在两个摩擦面间介入一层薄薄的第三者物质，摩擦力便产生很大的变化，这是构成今天润滑技术的早期设想。他还首先用较圆的砂粒介于摩擦表面，发现摩擦力减小，并把这一事实归结为砂粒在表面之间滚动的结果而把摩擦分为“滑动摩擦”和“滚动摩擦”。 在磨损的研究方面，达·芬奇也留下了不朽的论述，例如他指出在相同硬度的材料之间，若介于其中的第三者物质比相夹的两面软，便因摩擦而弄碎，若硬则填充于两面之间，使两面受到磨损，接着论述了两面具有不同硬度的情况，写下了一段出人意料之外的论述：“然而，两个互相摩擦的物体若是硬度不同，软的材料使硬的材料受到磨损。其理由是介于摩擦面之间的第三物质埋到软材料的摩擦面上固定下来，使其起着锉刀那样的作用，将硬材料的那边磨损。”这个论说，直到今天仍然有着生命力，并与近代所阐明的机械的磨粒蘑损机理不谋而合。 在达·芬奇的实验中，还有另一个重要的事情，即对摩擦力受接触面积的影响的见解。这个问题在当时一般人看来，理所当然地认为“摩擦力理该与接触面积成比例地增大”，但达·芬奇却正确地指出：“同等重量的物体的摩擦力与其接触面积无关。” 达·芬奇对摩擦的研究是简朴而出色的，他所引导出的