神奇的光膠現(xiàn)象：越光滑摩擦越大

1、神奇的光膠現(xiàn)象：越光滑摩擦越大嚴(yán)寒的冬季，小朋友們特別喜歡這樣的運(yùn)動(dòng)：在地面上潑上一汪水，待水結(jié)冰后，在稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方助跑一段距離，到達(dá)冰面時(shí)，把握好平衡，身體就會(huì)在冰面上滑過，體會(huì)滑翔般的飄逸。在玩的過程中，每個(gè)孩子都知道穿上鞋底比較光滑的鞋子，有利于滑行。就這樣在玩樂中，我們了解了摩擦力的性質(zhì)：接觸面越光滑，摩擦力越小。我們?cè)趯W(xué)校中所學(xué)的物理知識(shí)也告訴我們，摩擦力與摩擦系數(shù)有關(guān)，摩擦系數(shù)的主要影響因素是接觸面的粗糙程度，接觸面越粗糙，摩擦系數(shù)越大，于是摩擦力就越大。日常生活中，我們還從沒有見到接觸面越光滑摩擦力越大的情況，可是科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)了這種反常的現(xiàn)象。光膠現(xiàn)象用來做顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)

2、鏡片一般都要求特別光滑，科學(xué)家有時(shí)候需要把兩個(gè)不同倍數(shù)的鏡片結(jié)合到一起，“這么光滑的鏡片如何能夠結(jié)合到一起呢？”科學(xué)家們想當(dāng)然地以為這很困難，因?yàn)檫@種鏡片太光滑了，即使強(qiáng)力膠也很難粘結(jié)，而且任何中間粘結(jié)物會(huì)給鏡片帶來瑕漬，影響鏡片的質(zhì)量?？墒?，當(dāng)科學(xué)家試著把兩片表面特別光滑、接觸面形狀相合的光學(xué)鏡片相互接觸后，奇跡出現(xiàn)了，就像中間接觸面涂上了強(qiáng)力膠一樣，這兩個(gè)鏡片緊緊貼在了一起，難以把它們分開，兩個(gè)鏡片幾乎渾然成為了一個(gè)鏡片，可是科學(xué)家并沒有在接觸面上涂任何東西！科學(xué)家在不經(jīng)意間解決了難題。為什么會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象呢？科學(xué)家目前的觀點(diǎn)是：兩個(gè)物體接觸面越光滑摩擦力越小的規(guī)律只適用于一定范圍，當(dāng)物體

3、表面的光滑程度超過一定限度時(shí)，越光滑，則摩擦力反而會(huì)越大，因?yàn)檫^分光滑的兩個(gè)表面的分子會(huì)緊緊相鄰，相互之間的距離很小，兩個(gè)表面的分子之間就會(huì)由于電磁作用而相互吸引，越是光滑，分子間的距離越小，這種吸引力就越大。這時(shí)若再想分開兩個(gè)物體，或使它們相互移動(dòng)，都會(huì)很困難，因?yàn)閮蓚€(gè)物體接觸面的許多分子相互吸引的合力比強(qiáng)力膠的粘結(jié)力還要大。后來，這個(gè)通過光滑表面粘結(jié)鏡片的技術(shù)成為制作光學(xué)儀器的一項(xiàng)工藝，稱為“光膠”， 光膠其實(shí)并沒有用到任何實(shí)際的膠。摩擦焊然而，對(duì)于摩擦力的機(jī)理，科學(xué)家還沒有完全搞清楚，隨著對(duì)物質(zhì)微觀世界的探索，上述現(xiàn)象的機(jī)理將會(huì)得到更進(jìn)一步的論證。不過，在上述現(xiàn)象的啟發(fā)下，科學(xué)家研究出了

4、一種叫作焊接的新工藝。我們經(jīng)常需要把金屬鋁和不銹鋼焊接在一起，但是鋁和不銹鋼在受熱的情況下膨脹的程度不同，升高相同的溫度，相同長度的鋼膨脹1毫米，鋁就會(huì)膨脹2毫米。當(dāng)在焊接溫度下把鋁和不銹鋼牢牢焊接在一起后，若降到較低的溫度，鋁和鋼就會(huì)由于收縮程度不同而使鋼發(fā)生彎曲甚至使焊縫開裂，或者當(dāng)接觸到高溫時(shí)，這種焊接材料又會(huì)由于膨脹程度不同而使鋁彎曲，直至焊縫開裂。為了杜絕上述現(xiàn)象，科學(xué)家采用了類似光膠的方式。這種方式需要把焊接材料的接觸面磨得足夠光滑，且表面形狀必須能夠相互嵌合。這種工藝過程叫“摩擦焊”，通過這種方式結(jié)合的兩個(gè)材料可以自由脹縮，即，無論如何膨脹和收縮，鋁也擺脫不掉鋼，鋼也總是與鋁緊密結(jié)合。運(yùn)用前面的觀點(diǎn)分析，鋼與鋁的接觸面分子間由于電磁作用而相互吸引，伸縮后，接觸面上原來分子間的相互作用雖然斷開了，但又會(huì)重新建立新的電磁作用，使分子之間相互吸引。這種相互吸引的電磁作用在伸縮中處于不斷地?cái)嚅_和粘合的動(dòng)態(tài)過程。這項(xiàng)工藝很有應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)橄皲X和鋼一樣，工業(yè)上需要把膨脹系數(shù)(受溫