宏观与微观的摩擦力问题.课件.ppt

1、宏观与微观的摩擦力问题 探究电磁力的保守与摩擦力的非保守 电磁力的保守与摩擦力的非保守那么，既然电磁力是四大基本力之一，摩擦力本质上又是电磁力，为何电磁力是保守力而摩擦力却是非保守力呢？由于能量守恒定律，宇宙间的四种基本力（万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力）都是保守力。基本力是保守力，由基本力组成的就一定是保守力？例：安培力与洛伦兹力导线中每个粒子受到的洛伦兹力洛伦兹力为 f， f=qvB取L长的导线，其中的电荷个数为N=nV=nSL，那么洛伦兹的的合力为 F=Nf=nSLqvB电流的微观表达式I=nqsv，所以安培力安培力 F=BIL。做功公式：W = Fscos。由于洛

2、伦兹力中，始终等于90，所以W=0，即洛伦兹力不做功而安培力中，是任意值，所以W0。同样的，摩擦力也是如此。我们认为，要从微观和宏观的角度来看。之所以说摩擦力属于电磁相互作用，是从分子尺度之所以说摩擦力属于电磁相互作用，是从分子尺度（即微观角度）理解的。（即微观角度）理解的。摩擦力的本质电磁力1、凹凸啮合说、凹凸啮合说 是从是从15世纪至世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦力世纪，科学家们提出的一种关于摩擦力本质的理论。啮合说认为摩擦是由相互接触的物体表面粗糙本质的理论。啮合说认为摩擦是由相互接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分不平产生的。两个物体接触挤

3、压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相互碰撞，产生断裂、磨损，就形成了对运动的阻碍。起部分相互碰撞，产生断裂、磨损，就形成了对运动的阻碍。2、粘附说、粘附说 这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦力本质的理论。这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦力本质的理论。最早由英国学者德萨左利厄斯于最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出。他认为两个表年提出。他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦力会增大，可以用两个物体的表面面抛得很光的金属，摩擦力会增大，可以用两个物体的表面充分接触时，它们的分子引力将增大来解释

4、。充分接触时，它们的分子引力将增大来解释。m108-3、新粘附说、新粘附说 上世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深上世纪以来，随着工业和技术的发展，对摩擦理论的研究进一步深入，到上世纪中期，诞生了新的摩擦粘附论。入，到上世纪中期，诞生了新的摩擦粘附论。 新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放从原子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有在一起，微凸起的顶部发生接触，

5、微凸起之外的部分接触面间有 或或更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个接触微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个接触物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧物体之间距

6、离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此的表面发生相压着的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。4、静电作用说、静电作用说 在现代摩擦理论中，还加进了静电作用。光滑表面摩擦过程中可能在现代摩擦理论中，还加进了静电作用。光滑表面摩擦过程中可能带上异号电荷，它们之间的静电作用，也是摩擦力的一个原

7、因。带上异号电荷，它们之间的静电作用，也是摩擦力的一个原因。 综上所述，摩擦现象的机理是复杂的，是必须在综上所述，摩擦现象的机理是复杂的，是必须在分子尺度分子尺度内才能加内才能加以说明的。由于分子力的电磁本性，摩擦力说到底也是由于电磁相互作以说明的。由于分子力的电磁本性，摩擦力说到底也是由于电磁相互作用引起的。用引起的。摩擦力非保守力 保守力和非保守力的概念是从宏观的角度定义的。摩擦力做功是因为它是随着运动方向变化而变化，总是摩擦力做功是因为它是随着运动方向变化而变化，总是和运动相反的，回到原地必须会有运动方向的变化，那和运动相反的，回到原地必须会有运动方向的变化，那么摩擦力也一定会有方向的变

8、化。么摩擦力也一定会有方向的变化。r2r1质点1质点2d（r1）d（r2）f12f21这一对摩擦力的元功和：式中dr12是质点1相对于质点2的元位移221112dddrfrfW12122112212112d)(dddrfrrfrfrf因为摩擦力是成对存在的，即是一对相互作用力，因此，在考虑保守与否因为摩擦力是成对存在的，即是一对相互作用力，因此，在考虑保守与否时应分析这一对力的做功情况。时应分析这一对力的做功情况。1、对于静摩擦力，相对元位移dr12=0 ，即元功dw=0。所以，静摩擦力不是非保守力。2、对于滑动摩擦力，dw=f12dr12。即一对滑动摩擦力总是阻碍相对滑动的发生，总是做负功。注意：应理解为一对滑动摩擦力做功之和总是负功，而不是指每一个滑动摩擦力一定做负功。1212ddrfW 联系：摩擦力是一种严格的宏观现象，而宏观现象是不考虑微观上原子或分子的内能变化；摩擦力是由于动量被迁移给原子或分子而产生的，宏观上的动能变成了微观上分子、原子的内能。 Ff S=Q热Ff S - Q热=0谢谢观看