0160201力與運動

03摩擦力

 

摩擦力

  當我們踢球時,會發現球踢出去後愈滾愈慢,最後會停下來,這是受到摩擦力的影響。試試看,讓硬幣在不同材質的接觸面上移動,情形會有什麼不同?

 

動手做

摩擦力的大小

1.將砂紙固定在厚紙板的一側(如圖①)。

2.將厚紙板一端墊高約10~15公分。

3.取兩枚拾圓硬幣分別放在兩種接觸面上端,再以直尺擋住(如圖②)。

4.拿開直尺讓硬幣滑下,觀察哪一個接觸面上的硬幣先滑落至桌面。

 

討論

1.哪一種接觸面上的硬幣先滑落至桌面?

硬幣在厚紙板上方移動較快。

2.物體移動的快慢,和接觸面產生的摩擦力大小有什麼關係?

接觸面產生的摩擦力較大時,硬幣較不易滑動,下滑的速度也就比較慢;反之,接觸面產生的摩擦力較小時,硬幣較容易滑動,下滑的速度也就比較快。

  移動中的物體和接觸面會互相摩擦,使物體的速度改變,這就是摩擦力的作用。而不同材質的接觸面所產生的摩擦力大小也不同,進而影響了物體移動的快慢。

 

摩擦力的應用

  摩擦力可以使運動中的物體速度變慢、甚至停下來。想一想,生活中有哪些物品或用具需要增加摩擦力,為什麼要增加摩擦力呢?

除了下方圖片的例子之外,還有腳踏車的煞車皮和握把、樓梯加裝防滑條、浴室使用止滑墊、具止滑設計的襪子、止滑杯套、止滑地墊、止滑地磚等。增加摩擦力通常是為了方便做事,或是移動的安全,適當的增加摩擦力可以避免發生危險。

筷子表面滑滑的,前端加上刻紋可增加摩擦力,夾取食物時比較不易滑落。

鞋底的材質能產生較大的摩擦力,能避免行走時滑倒。

寶特瓶瓶蓋的刻紋可以增加摩擦力,使瓶蓋更容易轉開。

手套上的顆粒材質可增加摩擦力,拿取物品時不易掉落。

 

  在一些物品或用具表面增加摩擦力的設計,可以讓我們方便做事,或是保持活動安全。

  有時候減少摩擦力,也可以讓物品或用具使用起來更方便。想想看,生活中有哪些物品或用具應用了減少摩擦力的設計?這樣的設計有什麼功能呢?

除了下方圖片的例子之外,減少摩擦力的應用還有:抽屜與櫃子的接觸面通常表面平滑,更容易拉開或推回;辦公椅或電腦椅加裝輪子,更容易在地板上移動;滑水道上有水流流過,更容易讓人滑下等;腳踏車的鏈條要定期保養、添加潤滑油,運轉時比較順暢等;交通工具採流線型設計,藉以減少空氣或水產生的摩擦力,就可以減少耗能並提高行駛速度等。摩擦力太大可能造成移動不方便、費力或費時等影響,而適當減少摩擦力就可以減少這些影響。

滑梯的表面順滑,可以減少身體與滑梯接觸時的摩擦力,才能順利滑下來。

風車的轉軸表面順滑,可以減少與扇葉之間的摩擦力,轉動時比較順暢。

 

  利用輪子的構造,或是在兩個接觸面之間加入潤滑的液體,也可以減少摩擦力。

手推車加上輪子更容易在地面上移動

在門鉸鏈加入潤滑油可以減少摩擦力

 

流體的摩擦力

  物體和空氣或水等流體接觸時,也會產生摩擦力阻礙物體前進,所以車輛、飛機和船舶等交通工具,都具有減少摩擦力的外型設計,以減少能源的耗損,並提高行駛時的速度。

  船舶在海上航行時,船身與水之間會產生摩擦力,而在地面行駛的車輛,以及在空中飛行的飛機,也會與空氣摩擦,因此船身、車身與機身大多採流線型設計,讓水或空氣容易順著流線型的表面通過,以減少阻力。

  以行駛速度可高達每小時300公里的高鐵列車為例,車頭為略尖的形狀,且車身呈圓弧狀,都能有效減少與空氣接觸時產生的摩擦力,達到高速行駛的目的。

 

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