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表面越光滑摩擦力越小 越光滑摩擦力越大还是越小( 三 )


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越光滑摩擦力反而越大？
实践中人们发现 ， 两物体表面本来极为光滑 ， 但一旦受力贴在一起 ， 完了 ， 完全合体了 ， 摩擦力超级大导致无法分开！
这种情况往往发生在金属材料之间 ， 例如磨的非常光滑的不锈钢平板受到压力后会产生巨大的摩擦力 。
你可能觉得很奇怪 ， 为什么光滑表面之间也能产生摩擦力？
简单的说 ， 随着表面光滑度的增加 ， 分子间的相互作用（范德华力）增加 ， 形成分子级别的结合力 ， 导致摩擦力增加 。
这是一种摩擦力的新学说——粘附说 ， 而传统的摩擦力学说被称作凹凸啮合说 。
粘附说最早由英国物理学家德萨吉利埃（John Desaguliers ， 1683 – 1744） 于1734年提出的摩擦分子说发展而来的 。

表面越光滑摩擦力越小 越光滑摩擦力越大还是越小

文章插图
他认为 ， 接触面之间存在某种分子级别的微观力导致表面粘在一起 。现在看来 ， 他基本上是对的 。顺便说一句 ， 导体和绝缘体这两个名词就是他发明的 。
摩擦的分子说在相当长的时间内是非主流的 ， 因为它违反直觉 ， 加上在相当长的时间内 ， 实验上也没有进展 。
直到20世纪 ， 随着表面加工技术和清洁水平的提高 ， 德萨吉利埃的分子说才得以证实 ， 并在此基础上发展成为现代粘附说 。
这方面地主要贡献由英国物理学家哈迪（W.B. Hardy ， 1864 – 1934)）完成 。他通过充分研磨和清洁的玻璃之间的摩擦证明 ， 更光滑的表面可以产生更强的摩擦力 。
这里面的一个关键证据来自于固体表面污染膜的作用 。因为污染膜的厚度一般是几十个纳米级别 ， 而固体表面的凸凹 ， 就目前的加工技术来说 ， 也差不多是这个水平 ， 甚至更低 。
若凹凸啮合说是正确的 ， 那么污染膜的清洁与否 ， 不应该明显的影响摩擦力 。但实际情况是 ， 清洁掉污染膜之后 ， 摩擦力极大的增强了！
这只能说明 ， 在未清洁污染膜时 ， 它阻隔了接触面上分子之间的作用 ， 当膜去掉之后 ， 这个作用大大增强 ， 导致摩擦力明显增强 。
故此 ， 现代 对于摩擦的机制普遍是基于分子级的作用而建立起来的粘附说 。
不过 ， 对于大多数情况下的固体摩擦来说 ， “粗糙”是指存在摩擦力 ， 而“光滑”一词仍然是指摩擦系数趋于零的情况 ， 这是一种习惯说法 。
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不代表中科院物理所立场
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来源：大学物理学
编辑：just_iu
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