洗完澡在潮溼的地板上

我們總是會小心翼翼的行走

因為實在太容易滑倒了

你有想過為什麼潮溼的地板這麼容易滑倒嗎？

當我們的腳在地面上行走時

腳與地面的接觸面其實放大來看是凹凸不平的

腳會受到地面給的摩擦力

當我們向前行走時

腳向後蹬

施一個向後的力於腳掌上

而地板會給一個阻止相對運動傾向的摩擦力

向前

但是

在一般行走時與腳滑的時候

腳與地面之間的摩擦力是兩種不同類型的摩擦力

為了瞭解這兩種類型的摩擦力

我們來思考一個情況

有一個裝滿書的箱子放在地上

如果你輕輕地推箱子

箱子可能沒辦法被推動

只有當你推箱子夠用力時

箱子才能被你推動

而箱子動了之後

若是你放手不再對箱子施力

可以觀察到箱子就會停止下來

我們會依物體與接觸面之間

是否有相對滑動來判斷摩擦力屬於何種摩擦力

當我們施力不夠大時

箱子相對於地面是靜止的

此時

地面施給箱子的摩擦力

我們稱為靜摩擦力

符號記為fs

而當箱子相對於地面在移動時

地面施給箱子的摩擦力

我們稱為動摩擦力

符號記為fk

你答對了嗎？

當我們把靜止的行李箱放在向右等速移動的傳輸帶時

由於行李箱相對於傳送帶有移動

故行李箱受到的摩擦力屬於動摩擦力

那麼動摩擦力與靜摩擦力在量值上有何不同呢？

我們可以再回到放在地上裝滿書的箱子的情況來實驗看看

我們在箱子上連接一個彈簧秤

方便我們測量水平外力大小

藉由觀察物體的運動狀態所受到的摩擦力大小

並將彈簧秤測量到的水平外力與摩擦力大小作圖

當箱子相對於地面靜止不動時

箱子受到的摩擦力是靜摩擦力

因箱子靜止

此時靜摩擦力大小與水平外力大小相等

合力為零

過程中當外力越來越大

對應的摩擦力也越來越大

在圖上就呈現一條斜直線的關係

當外力增加到足夠大時

箱子恰好滑動

此時摩擦力為靜摩擦力的最大值

我們稱為最大靜摩擦力

如果我們固定此時施加的外力

可以發現箱子接下來作等加速運動

此時因箱子相對於地面有移動

受到的摩擦力為動摩擦力

又因箱子作等加速運動

故可以得知最大靜摩擦力比動摩擦力來得大

再調整施加的外力

使箱子作等速運動

此時外力與動摩擦力大小相等

我們能發現維持箱子作等速運動的外力為一個定值

故能推論動摩擦力為定值

且大小比最大靜摩擦力小

讓我們再回去討論一開始的問題

為什麼溼的浴室地板讓人容易滑倒？

當我們向前行走時

腳會向後蹬

施一向後的力於腳掌上

而地板會給一個阻止相對運動傾向的摩擦力

向前

人在乾燥地面正常行走時

腳掌相對於地面沒有移動

腳掌受到的摩擦力屬於靜摩擦力

這個靜摩擦力推動人向前加速

潮溼的地面因為有水覆蓋在表面

改變了接觸面粗糙程度

使得溼地板給人的最大靜摩擦力較乾地板來得小

因此若是我們在潮溼的地面上用一樣的力將腳向後蹬

但溼地板給的最大靜摩擦力會小於乾地板的最大靜摩擦力

所以腳掌受到的合力會向後

所以腳掌就向後打滑

我們在潮溼的地面上行走

腳很容易打滑

而汽車在潮溼的路面上行駛時

也同樣容易發生打滑的現象

汽車在乾燥路面正常行駛時

輪胎與地面接觸並沒有相對滑動

所以輪胎受到的摩擦力為靜摩擦力

汽車就是靠著靜摩擦力向前加速或是轉彎

汽車的加速度愈大需要的靜摩擦力就愈大

而轉彎時

需要的加速度與速度和道路的彎曲程度有關

以一樣的速度過彎時

道路愈彎曲

需要的加速度愈大

也就是需要愈大的摩擦力

若是雨天時

路面積水

此時接觸面的粗糙程度就改變了

造成最大靜摩擦力下降

如果不降低過彎的速度

會造成汽車轉彎的彎曲程度過小

所以車子會衝向對向車道

若是硬要以此速過此彎度

反而造成車子輪胎側邊因無法過此彎而與路面相對滑動

產生動摩擦力

造成汽車打滑失控

所以我們才會常聽到

「天雨路滑　請減速慢行」的宣導口號

若是汽車速度較慢

煞車或是轉彎需要的加速度也會比較小

才不會因為打滑而失控

讓我們回顧一下今天所學到的內容

摩擦力可以分成兩個種類

靜摩擦力與動摩擦力

當物體與接觸面間沒有相對滑動時

受到的摩擦力為靜摩擦力

而物體與接觸面間有相對滑動時

受到的摩擦力為動摩擦力

靜摩擦力大小與水平外力一樣大

但有一最大值稱為最大靜摩擦力

動摩擦力大小比最大靜摩擦力小

為一定值

思考一下

假如你處在一個無摩擦力的世界

畫面上的哪些活動是你不能做的呢？

今天的課程就到這裡結束

歡迎留言分享你的想法

我們下次見囉

掰掰