摩擦力方向的判定与探析

 摩擦力是一种重要而且难以把握的力,尽管我们都熟知“摩擦力的方向总是与物体的相对运动或相对运动趋势相反,且平行于二物体相切的平面”这个结论,但在具体的运动过程中,由于运动状态的复杂性,使其表现为以下运动形式:一、摩擦力的方向总是与物体的相对运动或相对运动趋势相反,且与物体的相对运动方向相反,其表现为具有阻碍性质。这种性质在实际的运动过程中屡见不鲜,判定下来也较之简单,故不再赘述。二、摩擦力的方向与物体的相对运动或相对运动趋势相反,但与物体的运动方向相同或垂直,其表现与物体的运动状态直接相关。     

能直读的动摩擦因数测量器

两物体间相对滑动时产生的摩擦力叫做滑动摩擦力,滑动摩擦力的产生条件是:(1)两物体间要有压力(接触、形变),(2)两物体间要有相对运动.物体受到与它接触的另一物体对它的滑动摩擦力的大小为f=μN,方向与该物体相对于另一物体的运动方向相反,其中μ为这两物体间的动摩擦因数,μ=f/N,与两个物体材料有关,与接触面的情况(如粗糙程度等)有关.     

关于摩擦力的功的佯谬

功是基本的力学概念之一。力f所作的机械功定义为式中dr是力f的作用点的位移。这一切看起来似乎十分简单明了。然而,“作用点”一词颇有点讲究,不把它弄清楚,有时就会遇到困难。 试看光滑水平面上沿同一方向平动的两个物体(图1)。物体Ⅰ速度较快,它尾部的钩子与物体Ⅱ的上表面接触。图1a和图1b分段时间里,物体Ⅱ对钩子的摩擦力f1作功钩子对物体Ⅱ的摩擦力f2所作的功似乎是由于　,将式(2)与(3)相加即得按照动能定理,上式意味着两物体之间的滑动摩擦并不改变系统的动能。这显然是荒谬的,因为滑动摩擦必将部分动能转化为热。 如何消除这个佯谬?…     

非接触性摩擦

 接触性摩擦是一个物体表面上的原子“突起”滑过另一个物体表面的原子“凹陷”产生的。康奈尔大学的赛佩·库恩(SeppeKuehn)和同事,利用0.25毫米长、几千个原子厚的单晶微悬臂梁,观测相距1纳米的两表面间的非接触性摩擦。使悬臂梁与一个表面垂直,并使其向下做如同钟摆一样的运动,在这样的运动状态下调整悬臂梁,悬臂梁将因感应到下方表面的摩擦而慢下来。令人吃惊的是,非接触性摩擦力依赖于样本的化学性质。通过研究不同聚合材料的化学依赖性,这几位研究者直接检测了因样本中分子运动导致弱电场波动而产生的摩擦。     

相对论中的“观测”与“看到”有何不同

 1905年爱因斯坦发表了狭义相对论,其时空观之一就是“运动的尺缩短”。接受相对论的所有人都相信这种尺缩现象是可以用眼睛看到或用照相机拍摄到的。一个运动物体看起来将沿运动方向缩短为原来的1-β2倍β=ｖｃ,ｖ是物体运动的速度大小,ｃ是光速,坐在高速飞船中的人从窗外看出去时,将看见球形物体缩成一个椭球体这些说法好像都是无可非议的。这种观念一直持续了54年之久,直到1959年美国物理学家戴勒尔发表了一篇文章,认为这种观念是错误的,他纠正了存在于所有人中间的这个偏见。提出“尺缩”现象可以“观测”或者“测量”,却不能用眼“看到”。     

3 GPa熔融盐固体介质三轴高温压力容器的轴压摩擦力标定

 在温度标定和围压标定的基础上,采用轴压循环方法,对3 GPa固体介质三轴高温高压实验系统的轴压摩擦力进行了标定,分析了围压、温度、轴向位移速率、装样方式（盐套类型）等实验条件对轴压摩擦力的影响。结果表明：静摩擦力、挤压摩擦力和滑动摩擦力3种轴压摩擦力对轴向应力的影响不同,其中静摩擦力和挤压摩擦力对轴向应力的影响很小,影响应力精度的主要是滑动摩擦力。静摩擦力及滑动摩擦力与围压正相关;静摩擦力与轴向位移速率正相关,但受其影响较小,滑动摩擦力不受其影响;静摩擦力和滑动摩擦力与温度负相关,并且受其影响较显著;盐套类型对轴压摩擦力的影响较大,当实验条件接近盐套熔点时,轴压摩擦力显著降低,当样品周围的盐套处于熔融状态时,轴压摩擦力最小。基于此,确定了标定轴压摩擦力的具体步骤,并对角闪岩的应力-应变曲线进行了轴压摩擦力标定。对比轴压摩擦力校正前、后的应力-应变曲线发现,经过轴压摩擦力校正的应力-应变曲线能更好地反映样品的实际变形情况。     

新型通讯工具——“智能”子弹

 美国佛罗里达大学研制的“智能”子弹在射向目标之后能通过无线网传送信息,在“智能”子弹内部安放有传感器、微型发射机和电池,传感器收集的信息能传送到离开子弹70米外的掌上电脑或笔记本电脑上。佛罗里达大学根据LockheedMartin公司订单研制的“智能”子弹直径为17厘米,它可以利用普通气枪发射。子弹前部覆盖有一层粘性聚合物,这种粘性聚合物可使子弹牢牢粘附在目标上。由于射击的气动机理和不大的初速度,子弹发射后不会变形,因此“智能”子弹可以重复使用。佛罗里达大学学生对“智能”子弹原型进行了试验,并将它作为传感器而装备加速度表。     

摩擦力演示装置

为了辅助摩擦力的教学,自制了摩擦力演示装置,通过模拟电路与数字电路的转换可以直接显示出滑块与传送带间的摩擦力.该装置不仅可以探究静摩擦力和滑动摩擦力,而且还可直观地显示出物体间摩擦力的渐变过程.     

“黑青”“黑碧”的谱学鉴别特征探究

“黑青”指颜色近黑色,主要成分为透闪石的青玉。“黑碧”指颜色近黑色,主要成分为阳起石的碧玉。采用电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪和红外光谱测试分析手段,确定“黑青”“黑碧”的矿物种属。采用拉曼光谱、显微紫外-可见分光光度计、红外光谱对“黑青”“黑碧”的谱学鉴别特征进行探究。“黑青”为标准透闪石拉曼谱峰,“黑碧”的谱峰位置与“黑青”存在几个波数的偏差,向波数小的方向移动。可见-近红外波段,“黑青”出现445 nm吸收峰,680和940 nm宽吸收带,为Fe2+和Fe3+作用;“黑碧”出现445 nm吸收峰,660和690 nm双吸收峰以及970 nm吸收峰,为Fe2+,Fe3+,Cr3+作用。显微紫外-可见光谱可分析到样品的近红外区,“黑青”在1 397,2 310,2 387和2 466 nm出现强吸收峰,1 915和2 120 nm出现弱吸收峰;“黑碧”在1 400,2 313和2 394 nm出现吸收峰。红外光谱分析“黑青”在5 225,4 738,4 692,5 349,4 317,4 190和4 064 cm-1存在吸收峰;“黑碧”在4 708,4 307,4 178和4 031 cm-1存在吸收峰。显微紫外-可见光谱与红外光谱分析结果虽然存在小的差异,但基本保持一致,以红外光谱分析结果为准。将透闪石质的“黑青”、阳起石质的“黑碧”、广西大化阳起石质玉进行对比,综合红外光谱和显微紫外-可见光谱分析结果得出“黑青”（透闪石）与“黑碧”（阳起石）近红外光谱的鉴别特征：“黑青”（透闪石）在4 800～4 600 cm-1存在两个吸收峰,4 350～4 300 cm-1存在分裂双吸收峰;“黑碧”（阳起石）在4 800～4 600 cm-1存在一个弱吸收峰,4 350～4 300 cm-1存在一个吸收单峰。且“黑碧”（阳起石）的近红外吸收峰相较于“黑青”（透闪石）整体向低波数方向移动。     

乌计划研制“形象计算机”

 据《科技日报》报道：乌克兰政府日前通过了一项名为“形象计算机”的国家发展计划,旨在支持研究新一代计算机。 乌政府新闻发言人称,“形象计算机”将是未来能形象地认知世界的新一代计算机,它将能认知物体,包括认知人并能将人和物体予以“再现”。政府决定研制“形象计算机”的原因是,许多国家早已开始类似计算机的研究。 据悉,乌政府对该项计划的总投资为５３００万格里夫纳（１美元等于５．６格里夫纳）,今年计划拨款１３０万格里夫纳。乌教育科技部、国家科学院和格鲁什科夫控制论研究所及基辅“电子机械”厂将共同承担该计划的实施。     

“顶”风帆船的动力之源

 顺风扬帆、乘风破浪,风对船帆的压力是推动帆船前进的动力。可是,如果遇上了逆风,帆船还能依靠风的力量前进吗?帆船能不能“顶”风破浪呢?回答是肯定的。加拿大帆船运动员普林斯就是“顶”风破浪的高手,在狂风暴雨的恶劣天气中,他硬是驾驶着心爱的轻便小帆船,“顶”狂风、破恶浪,创造出平均速度为每小时225千米的好成绩。逆风帆船前进的动力帆船怎样在逆风中获得动力呢?如图1所示,先让我们来做一个小实验。     

器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响

颗粒物质由离散的固体颗粒组成, 受到周期性振动时可以表现出复杂的动力学行为. 这些行为往往受众多因素的影响, 如空气阻力和器壁摩擦力等. 针对受振颗粒体系中冲击力的倍周期分岔现象, 通过抽真空或将容器底镂空消除空气阻力, 单独研究器壁滑动摩擦力的影响. 结果表明在仅有器壁摩擦力作用的情况下, 倍周期分岔过程仅受约化振动加速度的控制, 与颗粒的尺寸、颗粒层数及振动频率无关. 将器壁摩擦力处理成一个大小恒定、方向与颗粒和器壁相对速度反向的阻力, 并包含到完全非弹性蹦球模型中, 能够对所观察到的现象给出很好的解释. 通过对倍周期分岔点测量平均值的拟合, 得到器壁滑动摩擦力的大小约为颗粒总重量的10%. 关键词： 颗粒物质 器壁摩擦力 倍周期分岔 冲击力     

“黄梁美梦”任你做“造梦机器”挺便宜

 人的一生有近1/3的时间在睡梦中度过,科学实验证明,当人的睡眠层次较浅时就比较容易进入梦境,而一直以来,做什么样的梦却不是人所能控制的。人类有一个梦想:能随心所欲地编织自己的梦境,在梦中过着自己向往的美好人生,与自己思慕的异性欢爱,而让自己痛恨的敌人俯首……如今这些梦想终于成真。日本东京的Takara公司日前宣布,该公司研发的一种新设备已经能够帮助人“美梦成真”。图1“梦工厂”Takara的这种新设备被命名为“梦工厂”(DreamWorkshop),它有14英寸高,外形就像一个放大了的手机外壳(如图1),用户可以通过对该设备进行程序设定.     

轻绳、轻杆、轻弹簧作用下的圆周运动

 轻绳、轻杆、轻弹簧的“轻”就是质量可忽略,重力不计。三者中各处的受力相同,均为理想物理模型。三种模型又有诸多不同--通常认为轻绳不可伸长但可松弛,轻杆长度保持不变,二者对物体的弹力都能发生突变。轻弹簧在弹性限度内,其长度随受力的变化而变化,但对物体的作用力不能发生突变。下面通过例题分类说明轻绳、轻杆、轻弹簧作用下的圆周运动。     

一种“冻地”鸡血石相似玉石的宝石学及谱学研究

研究对象是一种与“冻地”鸡血石外观高度相似的玉石,该种玉石半透明“地”中含有橙红色矿物。利用X射线粉晶衍射仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪对该玉石的宝石学及谱学特征进行研究。结果表明：该玉石“地”的主要组成矿物为有序度较高的地开石、橙红色矿物为雄黄;地开石晶体为自形假六边形片状,约15～20 μm,厚2～4 μm,粒径均一且形态一致,集合体在三维空间无序排列;部分样品“地”中含有少量黄铁矿、萤石、石英、方解石等矿物。“地”的红外光谱指纹区具有高岭石族矿物的主要特征峰,分别位于430,470,540,698,755,795,913,937,1 002,1 034和1 118 cm-1;官能团区以3 622,3 653和3 706 cm-1处的吸收峰为特征,3 622 cm-1吸收峰由内羟基OH1的面内伸缩振动引起,3 653 cm-1归属于内表面羟基OH2和OH4的同相伸缩振动;从高频峰到低频峰强度依次增大,且内表面羟基OH3伸缩振动引起的吸收峰位于3 706 cm-1,表明“地”为有序地开石;拉曼光谱测试表明“血”为雄黄,具有186,222,235,273,346和355 cm-1的特征拉曼位移,其中186和222 cm-1归属于S-As-S的弯曲振动,346和355 cm-1由As-S的伸缩振动引起;拉曼光谱同样可用于“地”的矿物组成研究,低频区具有133,241,266,336,436,463,747,792和914 cm-1的高岭石族矿物的特征位移,高频区可见三个与红外光谱相似的阶梯状谱峰,3 624 cm-1强度最大,归属于OH1的伸缩振动,次强峰3 646 cm-1由OH2和OH4的同相伸缩振动引起,归属于OH3的伸缩振动峰强度最小且位于3 706 cm-1,高频区拉曼位移特点指示“地”为地开石,且有序度较高,与红外光谱测试结论一致。尽管研究样品的“地”与“冻地”鸡血石的主要组成矿物相同,为地开石,且具有外观细腻、温润等特点,但其“血”并非辰砂而是雄黄,所以不应与鸡血石混淆,其正确的珠宝玉石名称应为“粘土矿物质玉”。     

悟空的担心是多余的——“天上一日,地下一年”的相对论解释

 西游记中“天上一日,地下一年”的说法很多,而悟空也因此急急忙忙不敢在天上停留,惟恐师傅有失。按照这种说法,“天上”的1秒,就是“地下”的360秒,悟空上天求教,就算在“天上”只过了30秒,“地下”早已过了3个小时,这么长时间,妖怪能等得及?还有,为凤仙郡求雨,悟空在“天上”的时间就算是30分钟,地上已过了一个多星期了!“天上”的时间真的比“地下”的时间过得慢吗?神仙真能因此长寿吗?根据狭义相对论的理论,只有当“地下”和“天上”以某一速度(接近光速)做相对直线运动时,才会出现“天上一日,地下一年”的情况。     

摩擦力实验的改进

1引言 　　摩擦力是力学教学的难点和重点之一,通常的摩擦力演示实验是用弹簧测力计直接拉木块或其他物体进行.这种方法演示易出现弹簧测力计抖动、偏斜、不水平,由于刻度小造成可见度小,不便讲解,学生从演示中收获很小.鉴于这种情况我们自制了一套摩擦力实验装置,该装置克服了以上不足,可在动态下测得一个比较稳定的滑动摩擦力数值,并使实验数据放大,读数暂留,可见度增大,便于课堂讲解.……     

CAI课件在“摩擦力”教学中的运用

摩擦力是力学中常见的一种力,为了弥补传统教学模式和手段的不足,本人利用几何画板制作了一个课件,在计算机上模拟物体所受摩擦力的形成、方向、大小变化,将静摩擦到滑动摩擦物体的整个受力情况清晰地展现出来,给学生建立起直观的、动感很强的物理图景,解决了教学中难以表达清楚、演示实验也无法演示清楚的问题,取得了较好的效果.     

“黑碧”OH振动光谱产生分裂原因探究

“黑碧”指颜色为黑色,主要成分为阳起石的碧玉。电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪分析显示“黑碧”为阳起石碧玉。拉曼光谱和红外光谱的OH振动处产生3个主峰,归属于MgMgMg-OH,MgMgFe2+-OH（Fe2+_M1Mg_M1Mg_M3-OH,Mg_M1Mg_M1Fe2+_M3-OH）,MgFe2+Fe2+-OH（Mg_M1Fe2+ _M1Fe2+_M3-OH,Fe2+_M1Fe2+_M1Mg_M3-OH）,但与常见和田玉不同,“黑碧”的三个主峰在拉曼光谱OH的振动区（3 600～3 700 cm-1）和红外光谱OH的倍频振动区（7 200～7 100 cm-1）产生分裂现象。将“黑碧”分为5个区域：HB-1,HB-2,HB-3,HB-4和HB-5,进行原位的电子探针和拉曼光谱分析,拉曼光谱在3 600～3 700 cm-1出现3个主峰（A,B,C）,将主峰进行分峰拟合处理,显示分裂成6个次级峰（A′和A″,B′和B″,C′和C″）,次级峰之间的平均波数差为5 cm-1。前人对角闪石在OH振动处主峰分裂现象的观点各不相同。结合“黑碧”的原位电子探针数据和相关研究文献,认为角闪石中B(M4)位置上的阳离子分布是分裂谱产生的主要原因。角闪石中的B(M4)位置虽然没有直接与W位置的OH相连接,但B(M4)位置上的阳离子通过影响TO₄上的桥氧,间接影响W位置上的OH,从而引起OH振动光谱产生一定变化。对比存在类似分裂谱的角闪石样品和“黑碧”的晶体化学式,发现所有的样品在B(M4)位置上均存在Ca2+和Mn2+分布,而其他位置的阳离子占位情况都不相同,表明“黑碧”OH振动光谱产生分裂与B(M4)位置上的Ca2+和Mn2+分布有关。故认为“黑碧”中OH振动光谱产生分裂原因为Ca2+和Mn2+在B(M4)位置上的占位,且高波数峰位归属于Ca2+,低波数峰位归属于Mn2+,即A′,B′,C′归属于Ca2+,A″,B″,C″归属于Mn2+。     

谈摩擦力的教学

要研究物体的运动规律，必须正确地对物体进行受力分析，在重力、弹力、摩擦力中，学生感到最难的、最易发生错误的是摩擦力的有无和方向分析，因此摩擦力的教学是力学中的一个重点，同时也是一个难点。