摩擦力是什麼?特性是什麼?如何應用在生活上?請解釋。

摩擦力



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摩擦力存在於 兩界面間 有相對運動（動摩擦）

或兩界面間 沒有相對運動但有相對運動的趨勢時（靜摩擦）。

有了摩擦力 我們才能在路面上行走、棉線才能織成布料不脫落、

鐵釘才能釘在木頭內. ...

但有時候我們卻又希望減少摩擦力，例如 機械表面或軸承的潤滑等。

摩擦力不止造成機械消耗能量產生熱能，更會造成表面磨損。

摩擦力 的作用在於 試圖改變抵銷運動的趨勢。

摩擦力必不完全都是阻礙或減緩運動。有時候情形恰相反，

例如： 走路或汽車加速時，便是靠摩擦力才可能達成的。

當施力欲推動物體，物體卻靜止不動時，物體所受外力合必為零。

因此物體所受摩擦力恰抵銷所施加的外力，兩者大小相等方向相反。

直到外力超過 某最大值（稱最大靜摩擦） 物體便會開始與界面間有相對運動，

此時為動摩擦。通常動摩擦稍小於最大靜摩擦。

兩固體界面間的動摩擦

通常與界面間相對速度 沒有太大的關係，也與接觸面積無關。

但是和接觸面的性質有關 且通常與兩界面間的正向力成正比。

摩擦力起源於原子間的電磁作用力，可以存在於 固態﹑液態或氣態介面間。

液態與氣態介面間：

由於雨滴與空氣間的摩擦，使得雨滴很快達到等速度下落（終端速度）的狀態。

否則從數千公尺高空落下的雨滴將會以極高的速度打在你我身上。（估算一下吧！）

固態與液態介面間：

水在水管內因摩擦而減緩流速，子彈若射入水中則比起空氣中威力大減，

高速公路上輪胎若沾上油 則減少輪胎與地面間摩擦 會鬧出大禍！

在兩固態介面間加入液態流體 經常用以減少 其間的摩擦，但並非消除。

固態與氣態介面間：

汽車行駛時大部份的能量損耗於將汽車前方的氣體推開。

太空船從外太空回地面時 外表與空氣間的摩擦產生高熱。

高空跳傘者最後也以某 終端速度落地！

固態與固態介面間：

鉛筆與紙張間的摩擦得以留下字痕，東西得以固定在某處，你我得以行走...



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但是和接觸面的性質有關 且通常與兩界面間的正向力成正比。

因此常表示為 摩擦力 F = μFN

μ稱為摩擦係數 由 兩接觸面間性質決定，在摩擦的過程中 不見得恆為定值。

FN 則為兩介面間的正向力。也就是垂直於接觸面方向的作用力。

書本放在桌面上則 正向力為書本的重力。若放在斜面上則為重力在垂直於斜面上的分量。

讓一般人感覺較困惑的是 摩擦力似乎和外觀的接觸面積無關。

一塊長方體的木塊，只要表面性質相同，不管是哪一個面與桌面接觸 摩擦力幾乎相同。



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摩擦力的起源：

摩擦力起源於 兩接觸面間的 附著吸引力 （？？？似乎很奇怪！繼續看下去）

由於原子或分子間的電磁吸引力使得 物體有巨觀的結構，

也是相同的作用力導致於摩擦的存在。

原子或分子間必須在很短（幾個原子半徑間距離）時，其間才有較明顯相互吸引的作用力。

兩介面必須很接近才會有顯著摩擦存在。

一般的表面可能看似光滑，可是若以放大鏡仔細觀察將發現表面 凹凸不平。

坑坑洞洞的大小甚至有數百個原子半徑。

當兩介面巨觀接觸時 ，實際上兩介面間只有凸出的部份相接觸。

當正向力增加時 會使得表面稍微變形（更為扁平） 而增加介面間 『實際的接觸面積』。

『實際的接觸面積』往往只佔巨觀接觸面積很小的比例。

大部份仍然相距 10-50個原子半徑的距離。

當書本平放在桌面時，巨觀接觸面積大 使得介面間壓力較小，而使得實際接觸面積比例較小。

當書本直立時，巨觀接觸面積變小 使得介面間壓力增大而增加實際接觸面積比例。

但較小的面積乘以較大的接觸比例 與 較大的面積乘以較小的接觸比例 約略相同。

（也就是說微觀 實際接觸面積 約略相同）

使得 摩擦力 與 巨觀接觸面積 無關。

正向力大小決定 『實際接觸面積』，而原子間的吸引力 與 『實際接觸面積』成正比。

因此 摩擦力 正比於 介面間的正向力。

實際接觸面積也與 介面接觸表面的性質相關（原子種類與光滑程度等）

也就是與 摩擦係數 相關的因素。

兩接觸面間相對靜止時 比 相對運動時 實際接觸面積大。

因此靜摩擦大於 滑動摩擦。

滑動的過程會將部份原子由其中一介面留置於另一介面上，

如摩擦後留下的痕跡也使得表面更平滑。

滾動時 就比滑動時 容易，因此滾動摩擦又小於 滑動摩擦。

相關活動 歡迎繼續參考 國中物理生活化實驗設計學習模組--- 摩擦力

摩擦力(friction)存在於 兩界面間 有相對運動（動摩擦）(kinetic friction)

或兩界面間 沒有相對運動但有相對運動的趨勢時（靜摩擦）。(potential friction)

有了摩擦力 我們才能在路面上行走、棉線才能織成布料不脫落、

鐵釘才能釘在木頭內. ...

但有時候我們卻又希望減少摩擦力，例如 機械表面或軸承的潤滑等。

摩擦力不止造成機械消耗能量產生熱能，更會造成表面磨損。

摩擦力 的作用在於 試圖改變抵銷運動的趨勢。

摩擦力必不完全都是阻礙或減緩運動。有時候情形恰相反，

例如： 走路或汽車加速時，便是靠摩擦力才可能達成的。

當施力欲推動物體，物體卻靜止不動時，物體所受外力合必為零。

因此物體所受摩擦力恰抵銷所施加的外力，兩者大小相等方向相反。

直到外力超過 某最大值（稱最大靜摩擦） 物體便會開始與界面間有相對運動，

此時為動摩擦。通常動摩擦稍小於最大靜摩擦。

兩固體界面間的動摩擦

通常與界面間相對速度 沒有太大的關係，也與接觸面積無關。

但是和接觸面的性質有關 且通常與兩界面間的正向力成正比。

摩擦力起源於原子間的電磁作用力，可以存在於 固態﹑液態或氣態介面間。

液態與氣態介面間：

由於雨滴與空氣間的摩擦，使得雨滴很快達到等速度下落（終端速度）的狀態。

否則從數千公尺高空落下的雨滴將會以極高的速度打在你我身上。（估算一下吧！）

固態與液態介面間：

水在水管內因摩擦而減緩流速，子彈若射入水中則比起空氣中威力大減，

高速公路上輪胎若沾上油 則減少輪胎與地面間摩擦 會鬧出大禍！

在兩固態介面間加入液態流體 經常用以減少 其間的摩擦，但並非消除。

固態與氣態介面間：

汽車行駛時大部份的能量損耗於將汽車前方的氣體推開。

太空船從外太空回地面時 外表與空氣間的摩擦產生高熱。

高空跳傘者最後也以某 終端速度落地！

固態與固態介面間：

鉛筆與紙張間的摩擦得以留下字痕，東西得以固定在某處，你我得以行走...