摩擦力是一個(gè)讓人又愛又恨的東西，有些時(shí)候我們需要摩擦摩擦，更多的時(shí)候我們又希望摩擦力小些再小些，最好等于零。但你很難想象一個(gè)沒有摩擦力的世界，那里除了稀薄的氣體之外什么都不會有。
摩擦的本質(zhì)是物體接觸面之間的咬合和原子的碰撞，摩擦力就是因摩擦而阻礙物體相互以切線方向運(yùn)動(dòng)的力。
摩擦力分為滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力，動(dòng)摩擦力指的是兩個(gè)相互運(yùn)動(dòng)物體之間的摩擦阻力，靜摩擦力指的是兩個(gè)有相互運(yùn)動(dòng)趨勢物體之間的咬合力。物理課本里說滾動(dòng)摩擦力實(shí)質(zhì)上是靜摩擦力，但我們應(yīng)該將其與滾動(dòng)阻力區(qū)分開來（這一點(diǎn)我們將在以后的文章里專門談）。
摩擦無處不在
兩個(gè)物體相互接觸并且有相互施壓的力，當(dāng)這兩個(gè)物體有沿著接觸面切線方向相對運(yùn)動(dòng)、或者有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，我們稱這兩個(gè)物體有摩擦。阻礙它們相對運(yùn)動(dòng)的力就是摩擦力。
如果物體已經(jīng)在接觸面切線方向發(fā)生相對位移，這就是滑動(dòng)摩擦；如果二者之間處于將動(dòng)未動(dòng)的狀態(tài)，我們稱之為靜摩擦。
推箱子時(shí)，我們的腳與地面之間、箱子與地面之間都有摩擦
當(dāng)我們在桌面移動(dòng)鼠標(biāo)、推動(dòng)地板上的紙箱、冬天參加滑雪或滑冰、早晨刷牙洗臉、甚至搓手撓癢等等，這些都屬于滑動(dòng)摩擦。
而當(dāng)我們走路、登上靠墻的梯子、在斜坡拉上汽車手剎、或者用盡吃奶的力氣也推不動(dòng)一個(gè)大箱子的時(shí)候，靜摩擦在其中就起了關(guān)鍵作用。
為什么會有摩擦？
因?yàn)榻佑|面不平。
物體的表面都是不平的，古埃及的工匠們努力將堆砌金字塔的巨大石塊打磨得極其平整，據(jù)說石塊間嚴(yán)絲合縫到連一枚刀片都插不進(jìn)去，但這些巨大的石頭依然不是那么光滑，它的表面有許許多多的凸起和凹坑。要想將這些重達(dá)2.5噸甚至160多噸的巨石從采石場運(yùn)送到建造金字塔的工地并堆砌起來，這無疑是項(xiàng)艱巨的工作。
古埃及建造金字塔想象圖
從上面這張圖中我們可以看出，埃及人用圓木充當(dāng)滾軸，以滾動(dòng)摩擦來取代滑動(dòng)摩擦。即便如此，依然需要大量的人力才能拖動(dòng)石塊。
如果我們將物體的接觸面放大，就能發(fā)現(xiàn)原來我們以為平整的表面實(shí)際上是坑洼不平的，當(dāng)兩個(gè)不平整的物體相互緊貼，這些凹凸的表面會相互咬合，從而為滑動(dòng)增加阻力。
不光滑的接觸面產(chǎn)生摩擦
你可能會說，如果我們將兩個(gè)接觸面打磨得像鏡子那樣光滑，是不是就沒有摩擦了呢？
事實(shí)上，這世界并不存在“絕對光滑”的表面，你以為玻璃很平，但當(dāng)你將兩片玻璃貼合在一起推動(dòng)它們的時(shí)候，就會發(fā)現(xiàn)阻力很大。這一方面是因?yàn)閮善Ａеg空氣被排除，外部大氣壓力作用使兩片玻璃的壓力更大，同時(shí)也證明了玻璃其實(shí)并不平。
玻璃并不平
我們都知道物質(zhì)由原子組成，原子是一個(gè)由電子包裹著的球狀體，因此我們看起來再平整的表面，它都是由不平整的球面排列而成，從微觀角度看這些表面都是有高低起伏的。
當(dāng)兩個(gè)看似極光滑的表面相互接觸時(shí)，由于原子“外殼”的起伏，物體的接觸面自然存在相互咬合的現(xiàn)象。
相個(gè)看似極光滑的物體，從微觀角度依然是不平整的
摩擦的本質(zhì)
摩擦就是接觸面的咬合和原子的碰撞。
下圖：當(dāng)兩個(gè)物體的表面相互貼合并且施以壓力N時(shí)，它們凹凸的表面會相互咬在一起，要想使其相互運(yùn)動(dòng)，就需要使咬合脫離。此時(shí)施加的力F一方面需要使滑塊向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要讓其克服壓力N以脫離咬合，由此需要克服的阻力f就是摩擦力。
咬合面滑動(dòng)摩擦力的分解
從微觀角度看，當(dāng)兩個(gè)物體相互滑動(dòng)時(shí)，它們實(shí)際上是在不停地“跳動(dòng)”，接觸面的原子在跳動(dòng)的過程中不停地碰撞，碰撞的能量使原子振動(dòng)頻率加快，從而產(chǎn)生熱能。接觸面原子間撞擊的動(dòng)能會向內(nèi)傳導(dǎo)，導(dǎo)致更深層的原子也會產(chǎn)生振動(dòng)。互相摩擦的物體表面咬合力越大、咬合的面積越大、相互間運(yùn)動(dòng)速度越快，受到振動(dòng)的原子數(shù)量就越多、振動(dòng)頻率就越高，物體就越熱。
如何克服摩擦？
對于有害的摩擦，我們需要去克服它。
克服摩擦力的方法有很多：采用更低摩擦系數(shù)的物體來做接觸面、使接觸面更光滑、使用潤滑劑將接觸面隔離開來、將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦等等。
古埃及人通過在石頭下面墊圓木來將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)為滾動(dòng)摩擦，這樣可以節(jié)省許多人力。有資料表明他們還將巨石放在堅(jiān)固的滑板上，然后通過往路上撒沙子來減低滑板與路面之間的摩擦系數(shù)。
復(fù)原的埃及壁畫揭示了古埃及人如何拖運(yùn)雕像
數(shù)百年前，在建造故宮的過程中，工匠們利用在路面潑水造冰來減少摩擦力，這使他們可以比較容易地將上百噸重的巨石拖到70公里之外。相對于其它的路面，冰可以提供更小的摩擦系數(shù)。對于這一點(diǎn)，速度滑冰的運(yùn)動(dòng)員深有體會。
鋼與冰的摩擦系數(shù)僅為0.027~0.014，為了進(jìn)一步減少前向的摩擦力，滑冰運(yùn)動(dòng)員使用鋒利的冰刀，極小的接觸面使冰刀與冰面之間產(chǎn)生相當(dāng)于幾百個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)，巨大的壓強(qiáng)加上快速的摩擦使得冰刀與冰的接觸面溫度上升，進(jìn)而使接觸面產(chǎn)生水膜，它像潤滑油一樣使運(yùn)動(dòng)員獲得更快的滑行速度。
速滑運(yùn)動(dòng)員在快速蹬冰
將冰面摩擦技術(shù)運(yùn)用到極致的還有冰壺運(yùn)動(dòng)員。在冰壺比賽中，我們經(jīng)常可以聽到擲壺手向隊(duì)友大聲喊叫“擦一擦呀！~~”，他的隊(duì)友們拿著海綿擦子十分賣力地擦冰。這是因?yàn)楸鶋乇荣愂种v究冰壺運(yùn)動(dòng)的線路、落點(diǎn)和力量，而在它的滑行路線上，空氣中的水氣會在冰面結(jié)上一層霜，霜粒會增加冰壺滑動(dòng)的阻力。運(yùn)動(dòng)員大力地擦冰，一方面可以清除掉冰面的霜粒，同時(shí)強(qiáng)大摩擦力所產(chǎn)生的熱能會使冰的表面分子融化，薄薄的水膜像是潤滑油一樣，使冰壺獲得更快的速度和更精準(zhǔn)的角度。
冰壺運(yùn)動(dòng)員賣力擦冰以減少摩擦力
怎樣增加摩擦？
北方的朋友們大多有在冰面摔跤的經(jīng)歷，冰面很滑，它有很低的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。當(dāng)我們開車遇到泥濘的冰雪路面時(shí)，常常因?yàn)檩喬サ淖サ亓Σ粔蚨菀自斐山煌ㄊ鹿省＿@時(shí)候我們需要更換雪地輪胎，甚至裝上防滑鏈來增加摩擦力。
工人為巨大的工程車安裝防滑鏈
但是賽車手們恰恰相反，他們更依靠光面胎來加大賽車的抓地力。這是因?yàn)楣饷嫣]有紋路，它可以最大限度地增加輪胎與專業(yè)賽道的接觸面積，從而獲得最大的摩擦力，它可以更快地加速，并且不容易側(cè)滑。
賽車輪胎在地面的擦痕，看的出來這是雨胎
好車費(fèi)油。與如何加裝防滑鏈、如何在速度與抓地力之間求得平衡、剎車性能與防抱死的完美結(jié)合相比，老司機(jī)們常常追求的是另一種摩擦的完美感受，這與開車有關(guān)，又似乎沒什么關(guān)系。但肯定與摩擦力有關(guān)系。
摩擦力太大，家俱會壞掉的
總結(jié)
說了這么多的摩擦力，我們最后做一個(gè)簡單總結(jié)：
一、摩擦是宇宙中廣泛存在的現(xiàn)象；
二、只要兩個(gè)物體相互接觸、有相互擠壓的力、存在相互運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)的趨勢，就有摩擦力；
三、沒有絕對平整的表面，摩擦力是由物體間接觸面的咬合以及原子的碰撞造成的。摩擦力是物體表面咬合力的體現(xiàn)，物體越堅(jiān)硬、咬合面越多、壓力越大，摩擦力就越大；
四、根據(jù)工作和生活的需要，我們有時(shí)候需要減少摩擦力，有時(shí)候也需要想辦法增加摩擦；
五、關(guān)于滾動(dòng)摩擦以及常見的誤區(qū)，我將在后續(xù)的文章為你分析。
