曹遠(yuǎn)強(qiáng)
一天,卷卷老師與科學(xué)實(shí)驗(yàn)探索員們探討摩擦力的知識(shí)。
卷卷老師說(shuō):“摩擦力分為三種,有靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力、滾動(dòng)摩擦力。摩擦力與我們的生活息息相關(guān),假如沒(méi)有摩擦力,我們很難出門(mén),也拿不起東西,吃飯也困難!滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力的大小,都與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān),接觸面越粗糙,摩擦力越大。而靜摩擦力呢,粗糙程度也影響著它的最大值。你們能舉出增大粗糙程度來(lái)增大摩擦力的生活實(shí)例嗎?”
“自行車(chē)把上的花紋?!?/p>
“對(duì),很好,誰(shuí)還能舉例?”
“螺絲刀柄上的凹槽?!?/p>
“非常好,其實(shí)生活中有很多這樣的例子?,F(xiàn)在你們還小,不需要掌握很深的有關(guān)知識(shí),了解一下就行了,下面我給你們做幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)?!?/p>
實(shí)驗(yàn)一:鉛筆下坡
【實(shí)驗(yàn)器材】 鉛筆一支、長(zhǎng)木板一塊。
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 1.把長(zhǎng)木板支成斜面固定好。
2.把鉛筆豎放在斜面上,發(fā)現(xiàn)鉛筆靜止不動(dòng)。
3.把鉛筆橫放在斜面上,發(fā)現(xiàn)鉛筆滾落下來(lái)。為什么兩次會(huì)有不同的效果(如圖一)?
小博:“這個(gè)實(shí)驗(yàn)太簡(jiǎn)單,不太好玩?!?/p>
“有趣的嘛,”卷卷老師沉吟了一會(huì)兒,順手把一支鉛筆拿在手中,“我把鉛筆橫放在兩個(gè)手指上,我要同時(shí)移動(dòng)下面的手指,你們觀察一下我的哪個(gè)手指在鉛筆下先滑動(dòng)?!?/p>
實(shí)驗(yàn)二:哪個(gè)手指先動(dòng)
【實(shí)驗(yàn)器材】 一支鉛筆(直尺亦可)。
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 1.把雙手平放在胸前,只伸出兩個(gè)食指。
2.把鉛筆放在兩個(gè)食指上,開(kāi)始托著鉛筆移動(dòng)手指(如圖二)。
三個(gè)人聚精會(huì)神地觀察。
小博:“我觀察到了,為什么總是一個(gè)手指頭在滑動(dòng)?”
“大家一起動(dòng)手來(lái)觀察,你們自己來(lái)體會(huì),把觀察到的和你們的思考告訴我。”
幾個(gè)人一人一支鉛筆興致勃勃地玩起這個(gè)小游戲。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩個(gè)手指雖然都試圖移動(dòng),但一般不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)滑動(dòng),總是一個(gè)手指在滑動(dòng),另一個(gè)手指相對(duì)鉛筆是靜止的。
“為什么會(huì)這樣?”
卷卷老師:“再仔細(xì)觀察,動(dòng)的這個(gè)手指離鉛筆的重心是遠(yuǎn)還是近?”
小斐:“我看出來(lái)了,總是那個(gè)離鉛筆重心遠(yuǎn)的手指滑動(dòng)。”
“非常好,道理是什么呢?”
【原理解析】 這是因?yàn)閮蓚€(gè)手指都受到鉛筆的壓力,但靠近鉛筆重心的手指受到的壓力較大,離重心遠(yuǎn)的手指受到的壓力較小。壓力大的手指與鉛筆之間的摩擦力更大,因此不容易滑動(dòng)。
小璇總結(jié)道:“摩擦力大小除了與接觸面的粗糙程度有關(guān)以外,還與接觸面間的壓力有關(guān),在相同情況下,滾動(dòng)摩擦力更小,對(duì)不對(duì)?”
“總結(jié)得非常好。因?yàn)榻裉煲呀?jīng)很晚了,我們來(lái)一起做最后一個(gè)實(shí)驗(yàn),但結(jié)果得到明天早上才能查看,好不好?”
“好!”三個(gè)人痛快地答應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)三:筷子提米
卷卷老師拿出一個(gè)玻璃杯,往杯里裝上大米放在石桌上,然后拿出一根筷子,“你們看,我把筷子插進(jìn)大米中,再拔出來(lái),很容易吧?”他邊說(shuō)邊演示。很顯然,筷子很輕易被拔了出來(lái)。然后卷卷老師將半瓢水小心地倒進(jìn)杯子,直到水把最表面的米濡濕。
“現(xiàn)在我們就把它放在這里,到明天早上你們會(huì)看到奇跡?!?/p>
“什么奇跡?快告訴我們吧?”
“那不行,必須要放上一夜才能出效果,今天就講到這里吧。”
【實(shí)驗(yàn)器材】 大米、玻璃杯、一根竹筷子、水。
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 1.在玻璃杯里裝上大半杯大米。
2.把一根筷子插在中間,將米壓緊,使筷子直立。
3.往杯子里加水,使水浸到米的表面。
4.等待12小時(shí)后,慢慢地輕輕提筷子,會(huì)發(fā)現(xiàn)能把杯子一起提起來(lái)(如圖三)。
第二天早晨,三個(gè)人見(jiàn)證的奇跡是什么呢?卷卷老師小心地拿起筷子,居然把一杯米提了起來(lái)。
小斐:“為什么用一根筷子可以提起這么重的東西?”
小博:“肯定是摩擦力幫了忙。”
小璇:“澆上水,干燥的米經(jīng)過(guò)一夜的浸泡肯定發(fā)脹了許多,對(duì)筷子的壓力增大了,因此增大了摩擦力,我解釋得對(duì)嗎?”
卷卷老師:“對(duì),只是你在摩擦力的前面加上‘最大靜三個(gè)字就更全面了?!?/p>
【原理解析】 這是因?yàn)榧铀竺装l(fā)生膨脹,將筷子壓緊,增加了筷子與米之間的最大靜摩擦力,同時(shí)米與杯壁的最大摩擦力也增加了,因此會(huì)出現(xiàn)上述的現(xiàn)象。
小璇:“爸爸,摩擦力是一種阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力,它的大小與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān),對(duì)不對(duì)?”
卷卷老師:“需要更正一個(gè)地方,是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),不是運(yùn)動(dòng),有時(shí)摩擦力不但不阻礙物體的運(yùn)動(dòng),反而是給物體運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。比如汽車(chē)在加速時(shí),驅(qū)動(dòng)輪受到地面給它的摩擦力是向前的,提供動(dòng)力,再比如人走路時(shí),受到的摩擦力也是向前的。”
“人走路時(shí),受到的摩擦力也是向前的,我們真不知道,我以為是向后的?!?/p>
卷卷老師站起來(lái),抬起一只腳做出向后蹬地的動(dòng)作?!叭嗽谧呗窌r(shí),腳要向后蹬地,這樣腳相對(duì)于地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),因此地面給腳的摩擦力是向前的?!?/p>
小璇:“這樣人受到的摩擦力就與人的運(yùn)動(dòng)方向一致了?!?/p>
卷卷老師說(shuō):“我們來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)?!?/p>
實(shí)驗(yàn)四:摩擦力的方向
【實(shí)驗(yàn)器材】 薄木板、遙控玩具汽車(chē)、新的圓柱形鉛筆10根(不帶橡皮頭)、粉筆。
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 1.把10根鉛筆均勻間距平行放在水平的桌面上,上面放上薄木板。
2.把遙控汽車(chē)放到木板上方的后端。
3.用粉筆在木板上標(biāo)記出汽車(chē)的起始位置,在桌面上標(biāo)記出木板的起始位置。
4.用遙控器操縱汽車(chē)直行一小段距離,靜止后,記下汽車(chē)和木板現(xiàn)在的位置。
發(fā)現(xiàn)汽車(chē)向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí),薄木板向后運(yùn)動(dòng)了。這一切都說(shuō)明了什么問(wèn)題呢(如圖四)?
【原理解析】 為什么木板向后運(yùn)動(dòng)?是因?yàn)槭艿狡?chē)給它的向后的摩擦力,薄木板的運(yùn)動(dòng)方向與受到的摩擦力相同,這個(gè)摩擦力的反作用力方向是向前的,給汽車(chē)提供了動(dòng)力,于是汽車(chē)向前運(yùn)動(dòng),汽車(chē)受到的摩擦力與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)方向也是一致的。