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嘉峪檢測網 2019-01-10 14:18
談到摩擦力,首先給出一個物理實驗:桌面上放置一定重量的物塊,需要使用10N的力才能推動;如果給桌面提供一定頻率的振動,則推動物塊的力僅需要8N。類似的還有另一個物理實驗:斜面上放置一個物塊,因靜摩擦力物塊保持不動,這時在斜面的一端敲擊斜面,則物塊會慢慢下滑。原因是什么呢?
我們分析,能夠使物塊保持不動的力是靜摩擦力,而影響靜摩擦力的因素有兩種,正壓力和靜摩擦系數,給接觸面加入振動,物塊會隨著接觸面的振動而振動,振動則存在波谷波峰,兩物體的接觸正壓力則會發生變化。我們想象極端情況,假設物塊振動到波峰,那么相當于物塊基本要離開接觸面,在那一瞬間正壓力幾乎為零,于是用很小的力就可以推動物塊或者物塊會因為受到重力而下滑。
由此我們知道,振動可以減小摩擦力。聯系到《水滸傳》中魯智深倒拔垂楊柳的典故,我想他一定不是垂直拔起,而是左右搖擺樹干,給樹根部增加振動才能輕易拔出。生活中擰不動的螺絲,可以通過敲擊產生振動使螺絲松動;倉儲糧食,通過振動倉壁,可以減少顆粒物間的摩擦力,使糧食在重力作用下向下滑動,從而能夠使倉庫更加瓷實。
那么能夠減小靜摩擦阻力的振動需要多大振幅、多大的頻率呢?這方面查找到有關學者做了深入的探討,文獻[1]中給出了答案:頻率較小時,固定頻率,振幅的增大會使靜摩擦力迅速減小,然而,當頻率過大時,振幅的改變基本不會影響靜摩擦力;固定振幅,隨著頻率的增大,靜摩擦力也會減小,但是在某些特定振幅時,增大頻率,靜摩擦力會發生先減小到零后增大,這一現象類似于共振,在最佳振動頻率時可以促使物體內原子共同振動,使得系統最大靜摩擦力幾乎消失。
由此可見,可利用振動來解決摩擦問題,但有時振動減小摩擦也會有害,例如壓氣機蓋因振動導致靜摩擦力減小而發生轉動,橋梁連接使用的螺栓也懼怕車輛激勵振動導致松動。因此,合理利用振動和預防振動對于生活和工程實際均至關重要。
文獻:
[1] 雷佑銘. Frenkel-Kontorova模型中基底勢振動的影響. 物理學報, 2014, 63: 220502
來源:AnyTesting