怎么解释摩擦力的本质是电磁力?
答:
排除法走一波 。 自然界四大基本作用力 , 万有引力 , 电磁相互作用力 , 强相互作用力 , 弱相互作用力 。 强相互作用力是强子之间的作用力 , 弱相互作用力是W和Z玻色子的交换引起的 , 万有引力是有质量物质之间的相互吸引 , 电磁相互作用力是电和磁的相互作用 。 肯定不是前三种 , 所以是最后一种电磁相互作用 。
我知道读者肯定不满意上面的回答 。 那让我们认真分析一波 。
摩擦力是一个蛮复杂的力 , 科学家们至今也没有完全明白摩擦背后的物理机制 。
十五世纪达芬奇提出摩擦为物体自重的四分之一 , 十七世纪法国物理学家艾蒙顿认为摩擦力只与载荷有关 , 与接触面积无关 。 后来有一个英国物理学家提出摩擦起源于分子间的粘附力的作用 。 到了十八世纪 , 库伦进行了实验 , 他认为摩擦时凹凸不平的面嵌在一起造成的 。
图源来自参考资料
【原子|怎么解释摩擦力的本质是电磁力?】二十世纪 , Prandtl和Tomlinson提出了Prandtl-Tomlinson模型 , 这个模型认为:
C和B是两个原子 , 另外一个原子是D , 如果D原子离B原子比较远 , D原子从B原子的旁边走近 , D原子会把B原子靠近拉 , 当D原子远离B原子时 , B原子又会弹回来 。 这是一个稳定的过程 , 没有任何能量消耗 , 也就不可能有摩擦 。
但是 , 如果这个D原子 , 离B原子比较近 , 它走近的时候会把B原子拉过来 , 离去时候 , B原子突然回弹过去引起B原子弹性振动 。 这就相当于B原子在不断地振动 , 一旦振动就消耗了能量 , 就有摩擦损失 。
1896年 , 原子力显微镜被发明 , 人们可以从原子层面上研究摩擦力的本质 , Prandtl-Tomlinson模型基本被证实了 。 后来超快激光被人们发现 , 人们又可以进一步研究摩擦过程中声子的耗散 , 电子耗散以及结构的演变 。
总的来说 , 目前主要认为摩擦力是表面之间的黏附 , 表面的粗糙程度 , 表面形变等多种复杂情况组合产生 。 无论是表面原子间的黏附 , 还是表面不平整的相互刮蹭 , 都是分子和原子的相互作用力 , 其本质就是一种电磁相互作用力 。
参考资料:
Hanaor D ,Gan Y ,Einav I . Static friction at fractal interfaces[J]. Tribology International, 2016, 93:229-238.
Friction
摩擦力会消失吗?| 雒建斌
by 岷客
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