走进物理,掀开“摩擦学”的盖头

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谈到“摩擦”,也许我们并不陌生,就就像它在《现代汉语词典》中的释义一样,“物体和物体紧密接触,来回移动”,生活中也是处处可见。但要说起“摩擦学”,大概很多人就会变成“丈二和尚”。其实这并不奇怪,因为它本就是一门边缘学科。

经常遇到一些要求表征材料摩擦学行为的人员,他们拿来一种材料说:测量一下这种材料的摩擦系数。那么,材料的摩擦系数如其密度,颜色等,是其固有属性,是一个特定的数值么?

闻名世界的埃及金字塔,工程浩大,聪明的古埃及人用木头做的滑橇和绳子装运石头,节省了大量的人力物力;我们自身也会有这样的感受,在路面上移动同样质量的箱子时,如果在箱子下面加上滚轮比我们直接拖动要省力得多。这就涉及到摩擦学的一个问题:同样条件下,即使是同一材料,滚动摩擦系数要比滑动摩擦系数小得多。

再看一个例子:下过雨雪之后,很多车辆出门都要带上防滑链。因为大家都知道“雨雪过后路面变得十分光滑”。在外界条件相同的情况下,潮湿轮胎与潮湿路面的摩擦系数仅仅约为干燥轮胎与干燥路面的摩擦系数的1/5。再比如,我们在冰上走路要小心翼翼,而路面上却能行动自如,行走的人没有改变,可是与我们接触的另一面(冰面,路面)改变了,摩擦系数也随之而改变。这就是摩擦学的另一个问题:同样材料,在有无润滑或不同接触情况下,摩擦系数变化很大。

这样的事例不胜枚举,大量的科学研究中也发现,同样外界条件下,铜在铜上滑动的摩擦系数约为其在硬钢上滑动的摩擦系数的2倍;石墨的摩擦系数在真空中达到其在空气中的2倍,磨损甚至高达1000倍;400℃时MoS2的摩擦系数约为其室温时的4倍……

我们生活中每天都会接触摩擦,比如骑自行车,轮胎气小了或者轴承出问题了,都会增加骑车时的摩擦。所以,无论是从航空航天的材料研究到能源与环境的保护,还是从产品质量到人类健康,摩擦学对我们的生活来说都是至关重要的。

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