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你能拉開兩本疊一起的書嗎?很多人會信心滿滿地做出肯定的回答。 但如果大家真的親自做一下這個實驗，卻發現并非這么容易。在清北網校名師科普課堂中，北京人大附中名師李永樂就這個問題講解了摩擦力的相關問題。 首先，李永樂老師在課堂中拿兩本同樣的書做個實驗。將兩本書交疊到一起，然后試圖把它拉開，卻發現即使用了最大的力氣仍然拉不開。為什么兩本書一頁一頁疊到一塊之后就拉不開了呢?這顯然是一個摩擦力的問題。
李永樂老師在清北網校的名師課中回顧了人類對于摩擦問題的研究歷史。最早研究這個問題是畫家、解剖學家和科學家達芬奇，達芬奇在1500年左右畫了很多草圖研究摩擦力。比如有一張草圖是桌子上有滑輪連接一個重物，上面放了一個物體，底下又吊了一個重物。這個模型說明了，通過這個重物往下墜，可以拉動物體往前走，通過這個拉力就可以研究這個物體收到的摩擦力。而且放上一個重物之后，會發現負載整個增大了，因此，達芬奇得出第一條結論，就是摩擦力大小與負載，即物體的重量是成正比的。在達芬奇的另一張圖中，畫了一個木板，上面立著放一個木塊，躺著放了一個木塊。這說明達芬奇通過改變物體和地面的接觸面積，去測量摩擦力，發現兩種狀態的木板摩擦力一樣大，這說明摩擦力大小與兩個物體的接觸面積無關。 到了1699年，法國學者阿蒙頓研究永動機，發現永動機會停下來是受摩擦力影響。阿蒙頓借此提出兩個規律，物體之所以跟地面之間有摩擦，是因為彼此有凸凹，因此卡住。摩擦力可以分兩種，第一種，當物體保持相對靜止，產生的摩擦力叫做靜摩擦力，有最大值，等于一個摩擦系數乘以壓力，μ0代表摩擦系數，N就是壓力，用公式表示是靜fm=μ0N;如果發生滑動，就產生滑動摩擦力，產生一個具體的值，即滑動f=μN。 1781年，研究電荷之間作用力的法國學者庫侖提交一篇名為《簡單的機械原理》的論文，提出了自己的觀點，認為靜摩擦力是μ0乘以壓力，這兩個值不一樣，提出最大靜摩擦力大于滑動摩擦力。fm靜>f滑;庫侖還提出，摩擦力大小不光與接觸面積無關，也與相對速度無關。 把阿蒙頓和庫侖提出的兩個規律結合起來，叫AC定律，也叫阿蒙頓-庫侖定律，是中學學習摩擦力常見定律。李老師講到，這屬于經驗定律，在精準度不高的時候可以應用。如果仔細研究，摩擦系數與負載、相對速度和接觸面積其實有關系。 簡單交代完摩擦力的背景之后，李老師引到拉書為什么拉不開這個問題。先用簡單模型討論，書有很多頁紙，簡單畫成三頁紙，和另外一本書發生交疊，把左側白色的書拉出去，必須要克服摩擦力，假設這本書紙張，每一頁紙質量是m，一共有N頁紙，這種情況需要的力可以用滑動摩擦力公式，第一頁承受一頁紙的摩擦力，第二頁兩張，第三頁三張，以此類推，加和即所求。經計算，最后的力是F=μmg(1+2+3+……+2N-1)，假設μ=0.3，M=0.5kg，N=120，帶進去，F=360N，36千克物體的重量顯然能夠讓人輕易拉開，這也說明這個模型過于粗糙。 接著李老師講解一個詳細的模型分析，這個模型是2016年PRL雜志《物理評論快報》發表的一篇論文提出的?？紤]到兩本書交疊到一塊之后，中間部分會變厚，還有一部分沒有變厚，把模型細致畫出來，這個力的大小和書交疊的長度、厚度、角度等多個因素都有關系，最終經過詳細測算，壓力有15600N。
美國節目《流言終結者》做過一個實驗，兩本800頁電話本交疊在一起，最終節目拉開了，只不過將書拉壞了。李老師用上面的模型測算，要拉開這兩本電話本需要10^83的力，而太陽和地球之間的引力也只有10^22。就這樣，李老師在清北網?？破照n中深入淺出地講解了摩擦力的問題。 李永樂老師碩士畢業于清華大學，曾獲“國際奧賽金牌教練員”稱號，培養清華、北大學生200余人。李永樂老師還深入淺出地講解了萬有引力定律、角動量守恒等知識點，八節科普課都可以在清北網校免費觀看。 清北網校是字節跳動旗下一款專注于中小學課程的在線輔導教育產品。核心教研教學團隊由清華、北大畢業的學霸名師及多年教學經驗的北京一線精英老師組成，采用“主講課上直播授課+班主任課后輔導管理”雙師教學服務保障模式，并不斷將AI自適應學習技術應用于底層課程內容，讓每個孩子接受到最適合自己的學習方法與提升方案。清北網校相關負責人表示，在這個特殊的時期，清北網校希望通過優質線上課程，盡可能降低疫情對學生學習的影響。 |
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