20.摩擦無處不在,宏觀世界和微觀尺度里摩擦可能遵循不同的規(guī)律。
(1)達(dá)?芬奇最早對(duì)摩擦進(jìn)行定量的研究并提出摩擦系數(shù)的概念。如圖1為達(dá)?芬奇研究木板與物塊間摩擦力的模型圖,兩物體接觸面間的壓力為F
N,滑動(dòng)速度為v,摩擦力為f;圖2為他在某次實(shí)驗(yàn)中用得到的數(shù)據(jù)繪制的f-F
N圖像。達(dá)?芬奇定義該圖像的斜率為摩擦系數(shù)。
a.求兩物體接觸面間的摩擦系數(shù)μ;
b.若圖1中木板質(zhì)量為M=3kg、長為L=6m,開始時(shí)靜止在光滑水平桌面上。上面的小物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))質(zhì)量為m=1kg,從木板上的左端以速度v
0=10m/s開始運(yùn)動(dòng)。求最終物塊和木板的速度分別為多大(木板很薄,可忽略物塊掉落引起的速度變化)。重力加速度g=10m/s
2。
(2)隨著研究的深入,人們發(fā)現(xiàn)了摩擦力在原子尺度上與宏觀表現(xiàn)出不同的規(guī)律。圖3為清華大學(xué)課題組通過對(duì)石墨烯體系施加面內(nèi)拉伸形變時(shí)得到的數(shù)據(jù)組;圖4為佐治亞理工學(xué)院課題組用硅包裹的納米針尖在云母表面上以不同的速度v滑動(dòng)時(shí)得到的數(shù)據(jù)組,五組實(shí)驗(yàn)中針尖與云母表面間壓力在4nN~12nN之間。
通過這些研究數(shù)據(jù)你能得到哪些與宏觀不一樣的結(jié)論。