摩擦力是一個讓人又愛又恨的東西，有些時候我們需要摩擦摩擦，更多的時候我們又希望摩擦力小些再小些，最好等于零。但你很難想象一個沒有摩擦力的世界，那裡除了稀薄的氣體之外什麼都不會有。

摩擦的本質是物體接觸面之間的咬合和原子的碰撞，摩擦力就是因摩擦而阻礙物體相互以切線方向運動的力。

摩擦力分為滑動摩擦力和靜摩擦力，動摩擦力指的是兩個相互運動物體之間的摩擦阻力，靜摩擦力指的是兩個有相互運動趨勢物體之間的咬合力。物理課本裡說滾動摩擦力實質上是靜摩擦力，但我們應該将其與滾動阻力區分開來（這一點我們将在以後的文章裡專門談）。

兩個物體相互接觸并且有相互施壓的力，當這兩個物體有沿着接觸面切線方向相對運動、或者有相對運動的趨勢時，我們稱這兩個物體有摩擦。阻礙它們相對運動的力就是摩擦力。

如果物體已經在接觸面切線方向發生相對位移，這就是滑動摩擦；如果二者之間處于将動未動的狀态，我們稱之為靜摩擦。

推箱子時，我們的腳與地面之間、箱子與地面之間都有摩擦

當我們在桌面移動鼠标、推動地闆上的紙箱、冬天參加滑雪或滑冰、早晨刷牙洗臉、甚至搓手撓癢等等，這些都屬于滑動摩擦。

而當我們走路、登上靠牆的梯子、在斜坡拉上汽車手刹、或者用盡吃奶的力氣也推不動一個大箱子的時候，靜摩擦在其中就起了關鍵作用。

因為接觸面不平。

物體的表面都是不平的，古埃及的工匠們努力将堆砌金字塔的巨大石塊打磨得極其平整，據說石塊間嚴絲合縫到連一枚刀片都插不進去，但這些巨大的石頭依然不是那麼光滑，它的表面有許許多多的凸起和凹坑。要想将這些重達2.5噸甚至160多噸的巨石從采石場運送到建造金字塔的工地并堆砌起來，這無疑是項艱巨的工作。

古埃及建造金字塔想象圖

從上面這張圖中我們可以看出，埃及人用圓木充當滾軸，以滾動摩擦來取代滑動摩擦。即便如此，依然需要大量的人力才能拖動石塊。

如果我們将物體的接觸面放大，就能發現原來我們以為平整的表面實際上是坑窪不平的，當兩個不平整的物體相互緊貼，這些凹凸的表面會相互咬合，從而為滑動增加阻力。

不光滑的接觸面産生摩擦

你可能會說，如果我們将兩個接觸面打磨得像鏡子那樣光滑，是不是就沒有摩擦了呢？

事實上，這世界并不存在“絕對光滑”的表面，你以為玻璃很平，但當你将兩片玻璃貼合在一起推動它們的時候，就會發現阻力很大。這一方面是因為兩片玻璃之間空氣被排除，外部大氣壓力作用使兩片玻璃的壓力更大，同時也證明了玻璃其實并不平。

玻璃并不平

我們都知道物質由原子組成，原子是一個由電子包裹着的球狀體，因此我們看起來再平整的表面，它都是由不平整的球面排列而成，從微觀角度看這些表面都是有高低起伏的。

當兩個看似極光滑的表面相互接觸時，由于原子“外殼”的起伏，物體的接觸面自然存在相互咬合的現象。

相個看似極光滑的物體，從微觀角度依然是不平整的

摩擦就是接觸面的咬合和原子的碰撞。

下圖：當兩個物體的表面相互貼合并且施以壓力N時，它們凹凸的表面會相互咬在一起，要想使其相互運動，就需要使咬合脫離。此時施加的力F一方面需要使滑塊向前運動，同時還要讓其克服壓力N以脫離咬合，由此需要克服的阻力f就是摩擦力。

咬合面滑動摩擦力的分解

從微觀角度看，當兩個物體相互滑動時，它們實際上是在不停地“跳動”，接觸面的原子在跳動的過程中不停地碰撞，碰撞的能量使原子振動頻率加快，從而産生熱能。接觸面原子間撞擊的動能會向内傳導，導緻更深層的原子也會産生振動。互相摩擦的物體表面咬合力越大、咬合的面積越大、相互間運動速度越快，受到振動的原子數量就越多、振動頻率就越高，物體就越熱。

對于有害的摩擦，我們需要去克服它。

克服摩擦力的方法有很多：采用更低摩擦系數的物體來做接觸面、使接觸面更光滑、使用潤滑劑将接觸面隔離開來、将滑動摩擦變為滾動摩擦等等。

古埃及人通過在石頭下面墊圓木來将滑動摩擦轉為滾動摩擦，這樣可以節省許多人力。有資料表明他們還将巨石放在堅固的滑闆上，然後通過往路上撒沙子來減低滑闆與路面之間的摩擦系數。

複原的埃及壁畫揭示了古埃及人如何拖運雕像

數百年前，在建造故宮的過程中，工匠們利用在路面潑水造冰來減少摩擦力，這使他們可以比較容易地将上百噸重的巨石拖到70公裡之外。相對于其它的路面，冰可以提供更小的摩擦系數。對于這一點，速度滑冰的運動員深有體會。

鋼與冰的摩擦系數僅為0.027~0.014，為了進一步減少前向的摩擦力，滑冰運動員使用鋒利的冰刀，極小的接觸面使冰刀與冰面之間産生相當于幾百個大氣壓的壓強，巨大的壓強加上快速的摩擦使得冰刀與冰的接觸面溫度上升，進而使接觸面産生水膜，它像潤滑油一樣使運動員獲得更快的滑行速度。

速滑運動員在快速蹬冰

将冰面摩擦技術運用到極緻的還有冰壺運動員。在冰壺比賽中，我們經常可以聽到擲壺手向隊友大聲喊叫“擦一擦呀！~~”，他的隊友們拿着海綿擦子十分賣力地擦冰。這是因為冰壺比賽十分講究冰壺運動的線路、落點和力量，而在它的滑行路線上，空氣中的水氣會在冰面結上一層霜，霜粒會增加冰壺滑動的阻力。運動員大力地擦冰，一方面可以清除掉冰面的霜粒，同時強大摩擦力所産生的熱能會使冰的表面分子融化，薄薄的水膜像是潤滑油一樣，使冰壺獲得更快的速度和更精準的角度。

冰壺運動員賣力擦冰以減少摩擦力

北方的朋友們大多有在冰面摔跤的經曆，冰面很滑，它有很低的滑動摩擦系數。當我們開車遇到泥濘的冰雪路面時，常常因為輪胎的抓地力不夠而容易造成交通事故。這時候我們需要更換雪地輪胎，甚至裝上防滑鍊來增加摩擦力。

工人為巨大的工程車安裝防滑鍊

但是賽車手們恰恰相反，他們更依靠光面胎來加大賽車的抓地力。這是因為光面胎沒有紋路，它可以最大限度地增加輪胎與專業賽道的接觸面積，從而獲得最大的摩擦力，它可以更快地加速，并且不容易側滑。

賽車輪胎在地面的擦痕，看的出來這是雨胎

好車費油。與如何加裝防滑鍊、如何在速度與抓地力之間求得平衡、刹車性能與防抱死的完美結合相比，老司機們常常追求的是另一種摩擦的完美感受，這與開車有關，又似乎沒什麼關系。但肯定與摩擦力有關系。

摩擦力太大，家俱會壞掉的

說了這麼多的摩擦力，我們最後做一個簡單總結：

一、摩擦是宇宙中廣泛存在的現象；

二、隻要兩個物體相互接觸、有相互擠壓的力、存在相互運動或有運動的趨勢，就有摩擦力；

三、沒有絕對平整的表面，摩擦力是由物體間接觸面的咬合以及原子的碰撞造成的。摩擦力是物體表面咬合力的體現，物體越堅硬、咬合面越多、壓力越大，摩擦力就越大；

四、根據工作和生活的需要，我們有時候需要減少摩擦力，有時候也需要想辦法增加摩擦；

五、關于滾動摩擦以及常見的誤區，我将在後續的文章為你分析。

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