最大靜摩擦力為什麼會大於動摩擦力?


物體在微觀尺度上是凹凸不平的,因而靜止狀態下是「咬合」關係,而滑動時則是鋸齒間的「彈跳」。

所以靜摩擦力要大些,而且也解釋了為什麼通常越光滑的表面摩擦係數越小。但是,當表面光滑到一定程度,會增加摩擦係數,這是接觸面的分子間引力作用。


本人在上個暑假裡大略看過《費曼物理學講義》第一卷前一百多頁,其中恰好有一章講到摩擦力。

費曼對摩擦力的見解比較獨特,他首先說過摩擦力的產生是由於原子粘合在一起,拉動時相對運動而分開隨即發生振動耗動能產熱。也說明了初高中課本上接觸面齒狀的解釋是不可能的,因為那個模型不消耗能量

費曼說到:用乾燥的金屬做實驗時,滑動摩擦力和靜摩擦力是沒明顯差別的,導致靜摩擦大於動摩擦可能是由於雜質或易形變的支座等原因造成的。

下面電子版截圖兩張來看一下吧:


能壘啊,水平有限,說說我的看法

在物理學裡,狀態的改變需要突破一個能量壁壘,我一直認為這是一個普遍的定律。

物體從靜止變為運動,需要更多的能量,突破這個壁壘之後,進入運動狀態所需要的能量反而會降低。


摩擦產生的實質是物質間的冷焊。當兩個物體被打磨成分子級的光滑時相接觸就會焊接在一起。但是普通物體沒有這麼多的焊點。焊點的斷裂就是摩擦力的作用。很容易知道靜止時焊點是較多的。希望有幫助


這個問題沒有權威解釋的原因是根本沒有必要解釋。

首先,由定義可知靜摩擦係數不可能小於動摩擦係數,否則當物體「將動」時就已被制止,運動方式會變得非常奇特。

於是問題就變成了「最大靜摩擦力為什麼不等於動摩擦力」。

這兩個量都是宏觀的統計量,且具有廣延性,所處物理情景不同的兩個統計量如果相等才令人吃驚。

具體一點

可以假設摩擦係數為表面狀態a,材質b,相對速度c,溫度d,濕度e,法向力f,等等的函數,即u=u(a,b,c,d,e,f,...),沒有任何理由認為將a與c替換為a"與c"後u值依然相等。

排除了等於與小於那就只剩大於了。

================================================

這個問題本身沒有太大價值,但將其延伸會更有意義,比如對u的性質的研究。


看到一些回答沒有正面回答這個問題

一些答案的方向錯了

排名第一的答案說中了一點但不夠全面

其實並不複雜

截個圖吧

引自:謝世漢. 為什麼靜摩擦係數大於動摩擦係數[N]. 江西師範大學學報(自然科學版).1984年第二期


摩擦力從性質上講,屬於電磁力,但並沒有實驗事實完備證明了這一點,所以,當前對於摩擦力的研究,實際上是由現象1到現象2的,並沒有深入到本質,想搞清楚這個問題,不找到本質,一切都是推測,只是哪種推測更符合實驗事實罷了。


當物體靜止,外力達到最大靜摩擦力時,包含著改變運動狀態的部分,可以看成需要額外提供一個加速度

當物體已經勻速滑動起來,外力等於滑動動摩擦力,只是維持物體運動狀態,不需提供加速度


在中學物理中,摩擦力確實與眾不同。

重力(引力)可以用質量來計算,電荷的引力斥力可以用電量來計算,多麼優美而簡潔!

可摩擦力卻不是這樣,動摩擦力F=mu N,這個mu 就很討厭了,不同材料竟然不一樣,不同的氣壓、溫度、濕度竟然也不一樣,簡直太醜陋了。

而醜陋是不可避免的。摩擦力就其本質,是分子間的電磁力,但是這個電磁力在微觀上究竟是怎麼作用的,很難寫出計算模型來。所以我們所用得摩擦係數mu ,其實就是一個通過實驗測出來的數值,甚至F=mu N這個關係,也是一個實驗結論。比如當N足夠大或者足夠小,或者摩擦雙方的相對速度足夠大時,這個關係是否還成立,其實是不一定的。

因此,摩擦力幾乎是學生接觸到的第一個實驗結論的公式。和加速度公式、重力公式等能進行準確預言的公式不同,它只能在一定情況下用來進行近似計算。

回到問題,最大靜摩擦力為什麼會大於動摩擦力?其實就是大量實驗表明,最大靜摩擦力略大於動摩擦力。這就是實驗結果。

另外,mu 既然是個實驗測量值,那麼通常教科書上提到的mu <1也只是個對很多測量結果的歸納,它並沒有什麼特別的道理。而且實際上,mu >1的材料也是存在的(比如橡皮,很常見吧)。


根據牛頓第一定律,物體在不受外力的情況下,保持靜止或者勻速直線運動。

物體相對於桌面靜止,此時給予動摩擦力等大反向的外力。此時物體的合外力為0。此時物體還是會保持靜止的。

如果讓物體運動,就必須要給予一個大於動摩擦力的外力,此時物體的合外力不為0。這個值就是最大靜摩擦力。

======Update 14-12-06==========

有朋友評論問到:那如果給一個介於動摩擦和最大靜摩擦之間的力,為什麼物體還是靜止?

這種情況就需要看物體本身是靜止還是運動的了。

  • 如果物體本身就是靜止的,那麼此時給一個介於動摩擦和最大靜摩擦之間的力,因為沒有達到最大靜摩擦力,所以依舊保持靜止狀態
  • 如果物體本身是勻速直線運動的,那麼此時給一個介於動摩擦和最大靜摩擦之間的力,因為大於了動摩擦力,所以合外力大於0,此時物體會進行變速運動

這裡要注意的就是最大靜摩擦力動摩擦力兩個是適用於不同的運動狀態的。或者說,兩者是對不同運動狀態下的約束力的描述。

  • 在物體靜止時,此時阻止物體運動的限制條件就是最大靜摩擦力。如果合外力沒有超過最大靜摩擦力,那麼物體就不會運動。所以即使是超過動摩擦力沒有超過最大靜摩擦力,物體也依舊保持靜止,不會運動。
  • 在物體運動時,此時起作用的就是動摩擦力了。只要合外力等於動摩擦力,方向相反,則物體會保持勻速直線運動。只要合外力大於動摩擦力,物體就會進行加速運動。按照問題中,合外力是大於動摩擦力,雖然沒有超過最大靜摩擦力,可是此時最大靜摩擦力已經不起作用了,所以物體進行加速運動。


短回答︰設想靜摩擦力m小於動摩擦力M,請問施加?(m+M)的力,會不會驅動滑塊運動?得出矛盾。


一般情況下,靜摩擦力總是大於動摩擦力,只是靜摩擦力只在靜止時起作用,動摩擦力只在運動時起作用;

當施加在靜止物體上的力不足以改變物體運動狀態,物體將保持靜止。但是會發現當你施加在物體上的力大於(滑)動摩擦力而小於靜摩擦力時,物體還將將保持靜止。只有當你施加在物體上的力大於最大靜摩擦力時,物體才會運動。在物體開始運動時,其摩擦力的值會下降,最終的摩擦力將會等於(滑)動摩擦力。


有兩個方向來說明:
1.放大來看,物體間的接觸面是凹凸不平的。若物體在桌面時是靜止的,那麼木塊下面粗糙的部分會有一部分嵌入桌面的上面的粗糙部分,就想齒輪咬合一樣,這樣要想使木塊動起來就要有一部分力來克服重力沿斜面向下的分力,故受力大於物體滑動時所受的摩擦力,即靜摩擦力略大於滑動摩擦力;
2.當對物體施加的外力等於滑動摩擦力時,而我們假設最大靜摩擦力等於滑動摩擦力的話,那麼二力平衡,物體所受合力為0,物體就應該保持原有的狀態,靜止不動,所以只有提供一個比滑動摩擦力稍大的力才能使物體產生與合力方向相一致的加速度,使物體運動,故靜摩擦力略大於滑動摩擦力。


摩擦力本質上是電磁力,物體移動的時候,電磁作用的物體不斷在變化(對分子而言),相對靜止時,發生電磁作用的分子不變。平均下來就是靜止時摩擦力大


記得看到一篇文獻說,溫度低到一定程度會有超滑現象,好像是在氦氣觀察到的現象。


應該是靜止時由於分子做布朗運動,會發生分子的侵入現象,導致分子間的位置重新排列,變得更緊密,產生的分子力就增大了,如果物體是運動的,那麼侵入現象幾乎不發生,也就是說分子間的吸引力相對於靜止的時候要小得多。所以靜摩擦力要大於滑動摩擦力


各位回答各有千秋,摩擦力的具體解釋本來就模糊不清


可能靜摩擦增加到滑動摩擦大小的時候物體就算是平衡狀態了吧,物體要運動就要有動能啊,大出的那些拉力做功提供物體動能了吧。高三狗猜的


根據牛頓第一定律去理解,我想你就能明白了。

牛頓第一定律指出力是改變物體運動狀態的原因。

最大靜摩擦我們認為是剛要運動時候的拉力,這個拉力肯定是比反方向的力大才能拉動物體。而反方向的力就是摩擦力了。


因為摩擦力本質是彈力


推薦閱讀:

趨近絕對零度,壓強為0的情況下,水是什麼樣的狀態?變成冰還是汽。
電子為什麼不會落向原子核呢?
有哪些違反「常識」的物理定律?
是否存在多個非對易算符的測不準關係?
化學可以發展成什麼樣/化學最後會發展成什麼?

TAG:物理學 | 力學 | 高中物理 | 摩擦力 |