第一章 物理探索（2）-学生探索百科全书（上卷）

2524 学 生 探 索 百 科 全 书 科学探索 物理探索 充满摩擦的世界 无处不在的摩擦力 流 星是人们争相目睹的自然奇观。而天文界关于流星的种 种研究，可说是从狮子座流星雨开始的。1833年的狮子 座流星雨出现时每小时竟多达35000条(约每秒10条)，景象蔚 为壮观。流星雨是怎么形 成的呢？原来，流星是游 荡在太空中的散碎块体 (流星体)撞进地球大气层 时，和大气高速摩擦，进 而燃烧所形成的天文现象。 这样剧烈的摩擦释放出耀眼 的光芒，让人叹为观止。事实 上，摩擦无处不在！ 自然界中的摩擦 我们的手掌、手指，脚掌及脚趾内侧表面的 皮肤凸凹不平，产生的纹路形成各种各样的图案， 好像车子轮胎的花纹一样。这些纹路的存在增加 了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起 重物或用光脚站立而不倒。当动物在水中运动时， 它们的皮肤表面会与水产生摩擦力，为减少这些 阻力，它们的身体变得平滑且具流线形，同时“简 化”了不必要的突出部分，如外耳、毛发等。 如果我们用手摸一只海豚的身体，就会发现 它的皮肤极光滑，无任何凹陷；其轮廓由头 至尾是纺锤形的，这些都可以降低它们游泳时 的阻力。 摩擦无处不在 当两个相互接触的物体之间具有相对运动，或具有相对运动趋 势时，在它们的接触面上便产生阻碍物体运动的相互作用，即摩擦 力。正是因为摩擦力的存在，人才能在地面上行走，车辆才能在地 面上行驶，机器才能传动和制动，纺织物才能编 织成布……甚至可以说，“摩擦”是人类赖 以生存发展必不可缺 少的条件。 摩擦力的种类 摩擦力主要有三种类型。当一个物体在另一个物体表面产生相对运动趋 势时，在接触面上产生的阻碍物体作相对运动的力叫“静摩擦力”。当两个相 互接触的物体相对滑动时，在它们的接触面上便产生阻碍它们相对滑动的 “滑动摩擦力”。当两个相互接触的物体发生相对滚动时，在它们的接触部分 会发生弹性变形，从而产生对滚动的阻碍作用的“滚动摩擦力”。 自行车中的摩擦力 增加摩擦力 在自行车的前进过程 中，轮胎与地面产生摩 擦，使得自行车不会倾 倒。而刹车时，车闸与车圈 之间产生的摩擦力使自行车 停下来。车闸和车圈上有许多 胎纹，这些凹凸不平的胎纹使车 闸和车胎的摩擦力加大。 摩擦力的方向 在自行车的行进过程中，前后两轮的转动方向一致，但所 受到的摩擦力的方向却是不一样的。正是由于脚施于踏板 的力的作用才使后轮逆时针转动，此时后轮受到的摩擦 力是向前的；而前轮是受后轮驱动才有向前运动的趋 势的，因此，地面给前轮向后的摩擦力。由此可见， 两轮受到的摩擦力方向不同，这就是人们将后轮 称为“主动轮”，将前轮称 为“从动轮”的原因。 钻木取火 人类的祖先利用摩擦生热的原理发明了 钻木取火。克服摩擦力做功产生的热量 使木头、干草等易燃物体温度升高，最 后达到燃点而燃烧起来。 火柴头与火柴盒之间的摩擦使温度上升，从而 点燃火柴。 施力 要使车轮与地面产生 相对运动，首先必须有 力作用在车轮上，这个 力即脚施于踏板的力。 减小摩擦 车的前轴、中轴及后轴均采用钢珠 设计以减小摩擦。为进一步减小摩 擦，人们常在这些部位加润滑剂。 减少摩擦 在自行车比赛中，选手往往 穿着光滑的特制服装，以尽 可能减少行进过程中与空 气产生的摩擦力。 滚动摩擦与滑动摩擦 自行车在行进过程中，车 轮与地面产生的摩擦属 于滚动摩擦。而当自行 车紧急刹车时，车轮与 地面的滚动摩擦变为 滑动摩擦，以此来增 大摩擦使自行车尽 快停下来。 静摩擦力的分析 静摩擦力是在物体间有相对运动趋势时产生的。 它的方向总是沿两物体接触面并与物体间相对运 动趋势的方向相反。物体受到静摩擦力的作用可 以处于平衡状态，也可以使其运动状态发生变 化。汽车在起步时，就需要先克服静摩擦力，然 后再由发动机带动汽车前进。 摩擦力的大小 摩擦力的大小跟作用在物体表面的压力有 关：表面受到的压力越大，摩擦力就越大。 摩擦力的大小还跟接触面的粗糙程度有 关：接触面越粗糙，摩擦力越大。 流星雨之所以非常明亮是因为流星体在下坠到距地面 80～110千米的高空以后，与地球大气分子相互摩擦，致 使周围空气明显升温，从而使得流星体开始燃烧，并发 出强光。 2726 学 生 探 索 百 科 全 书 科学探索 物理探索 声音的谋杀 声音的种类与特性 在这里可听到隆隆声。 冲击波 声波 飞行速度超过音速。 飞行速度与音速相同。飞行速度低于音速。 什么是次声波 次声波是一种人耳听不到的声波。次 声的声波频率很低，一般在20赫兹以下，波 长却很长，传播距离也很远。例如：1960 年南美洲的智利大地震产生的次声波几乎 传遍了全世界的每一个角落；1961年，苏 联在北极圈内进行了一次核爆炸，产生的 次声波竟绕地球转了5圈之后才消失！次 声虽然人耳听不到，但它却时刻在产生