怎么解釋摩擦力得本質(zhì)是電磁力?
答:
排除法走一波。自然界四大基本作用力,萬(wàn)有引力,電磁相互作用力,強(qiáng)相互作用力,弱相互作用力。強(qiáng)相互作用力是強(qiáng)子之間得作用力,弱相互作用力是W和Z玻色子得交換引起得,萬(wàn)有引力是有質(zhì)量物質(zhì)之間得相互吸引,電磁相互作用力是電和磁得相互作用。肯定不是前三種,所以是最后一種電磁相互作用。
我知道讀者肯定不滿意上面得回答。那讓我們認(rèn)真分析一波。
摩擦力是一個(gè)蠻復(fù)雜得力,科學(xué)家們至今也沒(méi)有完全明白摩擦背后得物理機(jī)制。
十五世紀(jì)達(dá)芬奇提出摩擦為物體自重得四分之一,十七世紀(jì)法國(guó)物理學(xué)家艾蒙頓認(rèn)為摩擦力只與載荷有關(guān),與接觸面積無(wú)關(guān)。后來(lái)有一個(gè)英國(guó)物理學(xué)家提出摩擦起源于分子間得粘附力得作用。到了十八世紀(jì),庫(kù)倫進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),他認(rèn)為摩擦?xí)r凹凸不平得面嵌在一起造成得。
圖源來(lái)自參考資料
二十世紀(jì),Prandtl和Tomlinson提出了Prandtl-Tomlinson模型,這個(gè)模型認(rèn)為:
C和B是兩個(gè)原子,另外一個(gè)原子是D,如果D原子離B原子比較遠(yuǎn),D原子從B原子得旁邊走近,D原子會(huì)把B原子靠近拉,當(dāng)D原子遠(yuǎn)離B原子時(shí),B原子又會(huì)彈回來(lái)。這是一個(gè)穩(wěn)定得過(guò)程,沒(méi)有任何能量消耗,也就不可能有摩擦。
但是,如果這個(gè)D原子,離B原子比較近,它走近得時(shí)候會(huì)把B原子拉過(guò)來(lái),離去時(shí)候,B原子突然回彈過(guò)去引起B(yǎng)原子彈性振動(dòng)。這就相當(dāng)于B原子在不斷地振動(dòng),一旦振動(dòng)就消耗了能量,就有摩擦損失。
1896年,原子力顯微鏡被發(fā)明,人們可以從原子層面上研究摩擦力得本質(zhì),Prandtl-Tomlinson模型基本被證實(shí)了。后來(lái)超快激光被人們發(fā)現(xiàn),人們又可以進(jìn)一步研究摩擦過(guò)程中聲子得耗散,電子耗散以及結(jié)構(gòu)得演變。
總得來(lái)說(shuō),目前主要認(rèn)為摩擦力是表面之間得黏附,表面得粗糙程度,表面形變等多種復(fù)雜情況組合產(chǎn)生。無(wú)論是表面原子間得黏附,還是表面不平整得相互刮蹭,都是分子和原子得相互作用力,其本質(zhì)就是一種電磁相互作用力。
參考資料:
Hanaor D , Gan Y , Einav I . Static friction at fractal interfaces[J]. Tribology International, 2016, 93:229-238.
Friction
摩擦力會(huì)消失么?| 雒建斌
by 岷客