正文 無所不在的阻力(1 / 2)

冬天,在一些城市,一場大雪之後,汽車站附近的馬路上為什麼呈現深灰色?原來,那裏撒了薄薄一層爐灰渣。

爐灰渣的作用是很明顯的。沒有它,行駛的汽車就很難停住;沒有它,停住的汽車也很難開走。爐灰渣為什麼會有這個作用?

找一個玻璃球或者金屬球,用一本硬皮書或者一塊光滑的硬板(比如你寫字用的墊板)搭成斜坡,把小球輕輕放在斜坡頂端,小球就會自動滾下來,並且在光滑的桌上滾動一段距離,最後停止下來;現在在斜坡下邊鋪上一層粗糙的布,再做這個實驗,那麼,小球滾不了多遠就停下來了。

這個實驗說明,在兩個物體之間,摩擦力的大小和接觸麵的光滑程度有關係——表麵光滑,摩擦力往往要小些;表麵粗糙,摩擦力則要大些。

在需要加大摩擦力的地方,我們應該讓表麵變得粗糙,雪地上的爐灰渣起的正是這個作用,輪胎和鞋底上凹凸不平的花紋起的也是這個作用,玻璃黑板上用毛玻璃,正是由於它的表麵凹凸不平,才有一定的摩擦力,人們在它上麵寫字,才能留下粉筆字跡來。

同樣,在不需要摩擦的地方,我們總要讓物體的表麵變得光滑。

我們再做一個摩擦實驗。

找一根細鐵絲和一塊冰。把冰塊固定,用兩手拉著鐵絲在冰上像拉鋸似的來回鋸,一會兒的工夫,鐵絲從冰塊的一端切進去,又從另一端脫出來。

鐵絲沒有齒,為什麼能切進冰塊呢?原來,鐵絲和冰的摩擦在這裏起著重要的作用。摩擦力產生的熱量,使冰塊在被切割的地方融化成水,因而鐵絲能在冰塊中緩慢地移動。

摩擦生熱在人類的曆史上立過大功。50多萬年前的北京猿人已經學會了用火。那時的火是從森林中取來的。雷電擊中了森林中的幹枯樹木,引起大火。但是這種機會不是常有的,原始人為了保存火種,隻好派人守著火堆,不斷地往火堆裏添木柴。後來,經過許多人的研究,才發明了鑽木取火和敲石取火的方法。

人類創造了取火的方法,進入了一個新的時代。就是在現代,火柴頭也要靠摩擦生了熱才能引燃,打火機也是靠火石摩擦後打出火星才能引燃,我們還應用著鑽木取火的原理。

利用摩擦生熱的原理不僅能切開冰塊,還可以切開各種堅硬的東西。摩擦產生的高溫,能使被摩擦的部分熔化或者變軟,直至切斷。這個道理在工程和軍事上都有應用。

有的工廠裏安裝著一種切割鋼材的無齒圓鋸片,這種圓鋸片不僅沒有齒,而且是用比較柔軟的鋼片製造的,它的下邊有個水槽(有時還可以在鋁片的一側安上一個噴水管,自動向鋸片噴水)。切割鋼材的時候,鋸片以很高的速度旋轉,一塊44厘米長、8毫米厚的鋼材,隻要2分鍾就被鋸開了。

你也許會問,鋸片和工件劇烈摩擦,鋸片也會因為受熱而變軟,這怎麼辦呢?有辦法!用水來冷卻鋸片,流動的水隨時把鋸片上的熱帶走,使鋸片的溫度不會太高,因而不會變軟。而鋼材卻沒有冷卻條件,所以沒有齒的鋸就能“削鐵如泥”了。

工件不動,鋸片旋轉,這是無齒鋸的一個重要特點。在鋸片和工件發生摩擦的時候,除了發熱以外,兩者接觸的部分照理還應該發生折斷或扭曲,產生磨損,但是實際上鋸片磨損得很慢,這是因為,鋸片是旋轉著的,它和工件的接觸點分散在整個圓周上邊,而工件和鋸片的接觸點則是固定的,因此工件磨損的機會就比鋸片多得多。

同時還因為,鋸片是比較柔軟的鋼片,不容易折斷,扭曲變形以後還能恢複原狀。而工件一般是硬而脆的,容易被磨損。這就是鋸片能夠“以柔克剛”的秘密。

利用摩擦不但能鋸斷金屬,而且還可以焊接金屬。銅和鋁的焊接曾經是個難題,人們就是利用摩擦生熱的原理來解決的:讓電機帶動銅件快速旋轉,再讓不旋轉的鋁件在強大的壓力下頂住旋轉的銅件,銅鋁的摩擦麵便產生高溫,在高溫下兩種金屬的接觸麵都變軟了,金屬分子互相滲透,重新結合起來,等到冷卻以後,這兩種金屬就會變成難解難分的整體。摩擦生熱在這個過程中起著主要作用。

摩擦生熱能給人帶來好處,但它在很多場合也會給人類帶來麻煩。例如摩擦會使機器發熱,白白消耗動力,還會使機件磨損、變形。在這種情況下,人們就要克服那些有害摩擦力並且想辦法散熱了。

輪船在大海裏航行,它要克服的是船體和水之間的濕摩擦,不過,即使是濕摩擦,船的航行也並不輕鬆。在水麵拖輪拖著駁船在平靜的水麵上航行,拖輪用力拉著駁船,但駁船好像不願意走,把鋼絲繩繃得緊緊的。是誰阻擋著駁船前進呢?僅僅是濕摩擦力嗎?下麵的實驗可以幫助我們找到其中的原因。