摩擦力并不是一个严谨的物理概念,而是被中学课本简化了的好几种物理现象的综合。

在中学物理中,摩擦力只与两个因素有关:接触面粗糙程度、垂直接触面方向施加的压力。与接触面积大小无关。

虽然这个结果在一些情况下正确,但它并不能让人理解摩擦力的真正原理,甚至会误导。实际上,平行于接触面方向的阻力并不存在。绝对光滑的理想物体完全没有摩擦力,这就已经能说明这一点。

真正阻碍物体运动的,是把它推离接触面的抬升力。自然界物体表面都是粗糙的,两个接触物体会像齿轮一样嵌合在一起(当然不会那么紧密)。平均地看,接触面可以近似于N个形状与面积完全相同的小斜面,上方的物体则可以看做N个垂直摆放的小牙签,每个对应一个小斜面。想象一下活字印刷。

要移动上方物体,本质上是要把每一个小牙签推上斜面,抬高之后它才能越过斜面的顶端向前移动,这就要克服小牙签自身的重力。重力可以分解为一个沿斜面下滑的力,一个垂直于斜面把它压紧的力。而拉力可以分解为一个沿斜面上移的力,一个也是垂直于斜面把它压紧的力。压紧的力总是会获得等大的反作用力,在这里不重要。而拉力只有使得沿斜面上移的力大于下滑的力,才能使物体动起来。这才是摩擦力的根源。

因此,摩擦力并不是与接触面积无关。毕竟接触面积大了,会有更多的小斜面,N增大了。但是中学物理讨论的是,把上面的物体立着摆变为躺着摆,摩擦力不会变。这是因为N增大的同时,每根小牙签变矮了,重力变小,沿斜面下滑的力的分量也变小,拉动每一根小牙签需要的力也变小。这一大一小,数学上抵消了,导致摩擦力不变的结果。

但如果因为这个结果,就认为摩擦力与面积无关,是一种误导。实际上,日常生活的种种现象就在告诉你,面积大摩擦力确实更大。

读了两篇文章,揭示了摩擦力的真相。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/22165913
https://www.guokr.com/article/459070

许多人想当然认为,手指的指纹为了增加摩擦力,更好抓握物体。结果正确,但原理不是你想的那样。实际上指纹的沟壑无法接触到物体,反而减少了接触面积,在同等按压力道的情况下,无指纹的手指理论上拿得更稳。那指纹的意义何在?

因为手指采用了另一种方式增加摩擦力:出汗。出汗能软化皮肤表面的角质层,软化了贴合更紧密,像齿轮一样。也就是在面积不变的情况下,增加了小斜面的数量。

当然,汗太多也滑。常识告诉我们湿手很难拧开水果罐头。所以接触面的湿度是有个最佳值的,超过了也会降低摩擦力。而指纹的沟壑则为排除多余水分提供了条件。

摩擦,这么常见的现象。中学与它打了6年的交道,做过无数把小滑块摆在桌上、放在斜坡上、按在墙上甚至顶在天花板上的题。但没有一道题跟你讨论过,摩擦力到底是怎么产生的。