兩本黃頁電話簿 每頁交疊之後 十分難以拉開 流言終結者做過實驗 要用到坦克車才拉開 我想知道 只靠摩擦力為什麼能 出現這種現象 不是說摩擦力不會超過壓力么?


法國物理學家Hector Alarcon對電話簿為什麼能夠吊起汽車進行了深入的理論研究,完成了一篇論文《Self-ampli cation of solid friction in interleaved assemblies》(論文pdf地址:http://arxiv.org/pdf/1508.03290v2.pdf),把電話簿交叉能吊起汽車講清楚了。

先糾正一下可能的誤解:

對於不可形變的物體,摩擦力大小f=uN,摩擦力跟接觸面積沒關係,所以說許多紙貼在一起,面積大,自然摩擦力大是沒有道理的。

至於輪胎這種會發生形變的材料,才需要考慮接觸面積變大,摩擦力變大。

  • 電話簿交叉後摩擦力變化的原因:

當兩本電話簿交叉時,交叉部位比兩端的書脊厚,因此,每頁紙從書脊延伸至交疊處時,會產生一個傾角 。

當用力往外拉電話簿時,電話簿紙繃緊,傾角變小,從而產生向內壓的正向力,根據摩擦力公式

f=uN(N=向內壓的正向力,u為摩擦係數),摩擦力變大。

原始傾角越大,變小時產生的內壓力越大,摩擦力也越大。增大傾角有兩個辦法:

  • 增加交疊頁數

  • 加深交疊間距

  • 總摩擦力隨著交叉頁數變化劇烈升高:

    ..a tenfold increase in the number of sheets (e.g. M = 12 and M = 100) induces a four orders of magnitude increase in the traction force.

    交疊頁數從12頁變成100頁時,摩擦力提升了4個數量級(一萬倍!!!)

這回大家都清楚了吧?

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喜歡就點贊,討厭就吐槽。

關注蔣校長,乾貨不斷!


自鎖效應

就是上面蔣校長說的那種,拉的力會產生一個分力是垂直於摩擦面的,拉的越緊,壓力越大

學機械的基本都能猜到吧,雖然當時看片還是稍覺驚奇,美國紙質量真好


類似一個初中問題


前段時間央視的「加油向未來」里也有這個實驗。

用大卡車才能拉斷

加油向未來 重型卡車對拉 電話簿轟然爆開


對於紙張來說,單個的摩擦力肯定超不過壓力,但是啊每兩頁紙張之間都有一個摩擦力,各1000頁相互交疊,應該是有1999個交界面,也就是1999倍的單頁摩擦力,在不考慮正壓力變化的情況下,摩擦力被放大了1999倍,三個數量級,而如果考慮正壓力的變化,五六個數量級也是有可能的,不過具體如何還需要實驗數據來支撐,可參考蔣校長的答案。

有一位朋友提到範式力,也對,因為摩擦力的一個來源解釋就是微觀的範式力的宏觀體現。


這是誤會,摩擦力當然可以超過正壓力,橡皮就是個好例子。


這個有點想當然了啊,哪裡來的規律。

想當年初中把同桌的語文和數學書給疊了,人妹子打不開哭了一節課。。。還是我又給一頁一頁打開的( ̄Д ̄)?兩節課搭這兒了

答不對題先匿為敬


摩擦力怎麼不會超過正壓力了......你拿兩塊狂飆三膠皮面對面貼一起拉拉看


摩擦力為什麼不能大於壓力, 我讀書少你不要騙我


計算過程,謝邀。

擦,忘乘2.5了尼瑪,最後結果是1467×2.5=3668N(逃)

感謝各位指正啊~畢竟學化學的物理早就退化了只能用高中物理演算法了(/ω\) 我說怎麼算出來才這麼點,其實還得考慮拉的過程中出現的正壓力(不太懂)。


各位說面積的和反對說面積的,都沒說到重點好嗎?

1,蔣校長的傾角說

傾角的存在確實會改變壓力,但是這個影響很小好嗎!?不信你把兩本書的正數和倒數弟123頁交疊,然後把中間部分直接整塊搭在一起,得到的書脊傾角和每頁交叉是一樣的,但是摩擦力大小是天壤之別的。

2,面積增大摩擦力增大說

高中就該學過了f=μN,跟面積無關,無論模型怎麼變,都跟面積無關。

3,范德華力和機械咬合力

什麼叫摩擦力?摩擦力是「兩物體表面的各種矢量力之和」!其中包括范德華力和機械咬合力,除此之外還包括電磁力引力和各種化學鍵等等等。在這個問題上,討論這些細分力是沒有意義的!

4,那麼正解是什麼?

首先,我們認為紙張是一樣的,材質不變,所以摩擦係數μ是不變的。那麼什麼變了呢?f=μN,μ沒變,那就是壓力N變了。

N是怎麼變的呢?

(不是因為傾角!不是因為傾角!不是因為傾角!!)

外力N並沒有變,而是由於內力!

我們先忽略每張紙的重力,假設施加在最上面一張紙的力大小是a,但是最上面一張紙並沒有向下做加速運動吧?對,因為第一張紙壓在了第二張紙上,把壓力壓在了第二張紙上,而第二張紙也給了第一張紙一個支持力,大小=a(力的作用是相互的)。第二張紙也沒動是吧,因為第二張紙也壓在第三張紙上,第三張紙同樣給出了大小為a的支持力。以此類推,一直到最後一張紙把壓力壓在地面上,地面給出支持力大小為a。

所以這裡一共有多少個接觸面就有多少個a,每個a都要計算一遍f=μa,設有m個接觸面,那麼摩擦力就等於f=μma,放大了m倍。

現實情況是沒有正壓力壓在書上,而是每頁紙的重力提供了壓力,假設每頁紙重力為g,那麼第一頁壓第二頁紙的力為g,第二頁紙壓第三頁紙的壓力為2g,第三頁紙壓第四頁紙的壓力為3g,直到第(m-1)頁紙壓第m頁的壓力為(m-1)g。以上每個壓力都要算一遍摩擦力,總摩擦力f=μ[(1+m-1)m/2]×g,摩擦力放大了m2/2倍。

再進一步

就要考慮傾角了

不過傾角帶來的垂直方向的壓力增大非常複雜,每一頁的傾角都是不同的,而且每一頁增加的壓力都會疊加到下一頁,所以基本不要指望能算得清楚。傾角帶來的壓力增大,對於每一頁來說是非常小的,但是由於上述原因的存在,使得這非常小的壓力增大確實可以極大的增大總摩擦力。

不過這种放大作用卻不是傾角造成的。

放大作用是研究對象的內部力疊加造成的。

5,那麼摩擦力最大能到多大?

想像一下拉斷一塊相當於兩本黃頁體積和密度的實心木塊~~~

??????????????

統一回復一些智障

1,摩擦力隨著交疊頁數急劇增大的根本原因,是內力交疊的放大作用。

2,重力,傾角分力再包括形變力氣壓力等等,本身都不大,但是會被內力交疊放大到很可觀的程度。所以被放大才是重點。

3,在這道題內,脫離放大作用討論任何力都是耍流氓。

4,豎直放置的壓力主要是傾角分力和形變力帶來的,經交疊放大後形成巨大的摩擦力。但是我不認為應該從這種複雜情況開始討論。

5,如果看完本文不能get到內力交疊,不能自己推演舉一反三,那你基本告別物理了。

6,題主舉例是坦克拉開的兩本書,所以在這個實驗模型中,重力是一個非常重要的因素。說什麼太空里的你自己醒醒吧。


起重的鋼絲繩扣就是這麼編的


即便摩擦力不會超過壓力,當每頁交疊之後接觸面積就會十分可觀(千倍於電話本的封面面積),而這所有接觸面積都有相同的壓力,故最終的摩擦力就會千倍於單純的「兩頁相擦」。


范德華力,不是摩擦力,是距離極近的物體分子間的作用力。參見壁虎爬牆,就是腳掌上的纖毛與物體利用范德華力維持接觸的。

范德華力的大小與距離和接觸面積有關。紙張在微觀結構上並不光滑,很多凸起的纖維在紙張之間互相交錯,使得距離減小,接觸面積增大。

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評論區冷嘲熱諷的挺多的,那我就提供一下引用來源:

http://www.guokr.com/article/94713/


問題我回答不了,但摩擦力可以超過正壓力,比如鋼和橡膠的摩擦係數是2


我來答一下吧,沒記錯的話是15年CUPT的13題,碰巧做過一些調查。

第一贊的配圖一的原論文分析的很詳細,對單頁紙張做受力分析,並做連續化近似,可以發現:

紙張連接處的傾角起到了非常重要的作用,它使得紙張之間的正壓力,從兩側到中心以比香港.記者還要快的速度增長,其所能提供的摩擦力則正比於上述正壓力的積分。

最主要的參量有兩個,紙張之間摩擦力和書本最邊上邊界處的正壓力。該論文中將摩擦係數近似為不隨正壓力變化的常數,簡單但不很科學。書本兩側的正壓力取了很小很小的值。

分析如下:

用書和拉力記簡單做了實驗,利用該模型擬合實驗數據點,同類型紙張不同實驗得到了大致相同的摩擦係數和邊界壓力。前者印象中大概在0.02的量級吧。

以上.


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