下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在我们的周围，有各种各样出乎意料的摩擦现象。有时甚至连我们想不到的地方，也会有摩擦现象。如果摩擦从世界上突然消失的话，许多普通的现象都会完全按照另一种方式进行。
法国物理学作家希洛姆曾经对摩擦作用有过生动的描述：
我们有时候走上结冰的路：为了使身体不至跌倒，我们得用多少力气；为了站稳，又得做多少可笑的动作！这就不得不使我们承认，我们平时所走的路面具有多么宝贵的性质，使我们毫不费力就能保持平衡。当我们沿着光滑的马路骑自行车滑倒的时候，或者马沿着柏油马路滑倒的时候，我们也会产生同样的想法。通过研究类似的现象以后，我们就可以看出摩擦带给我们的后果了。工程师极力消除机器上的摩擦，并且收到了很好的成果。在应用力学里，经常把摩擦说成是最不好的现象。这当然是对的，但是也只有在几个狭窄的专业领域里面才是对的。至于在其他情况下，我们还应当感谢摩擦：它使我们毫不畏惧地行走、坐立和工作，使书和墨水不会掉到地板上，使桌子不会自己滑向墙角，使钢笔不会从指尖滑掉。
摩擦是一种非常普遍的现象，除了很少几种特别的情况以外，我们用不着去找它帮忙，它自己就会出现在我们面前。
摩擦有助于稳定。木匠弄平地板，是为了使桌子和椅子放在该放的地方。放在桌子上面的盘子、碟子、杯子，只要不是在正在摇晃的轮船里，不用我们管，它们会一动不动地留在桌子上。
我们设想，假如已经完全没有摩擦了。那时候任何物体，无论是大石块或是小沙砾，就再也不能互相支持了：所有的东西都要滑着，滚动着，直到铺成一个平面为止。如果没有摩擦，地球就会像流体一样，变成一个没有高低的圆球了。
对此我们可以补充说，在摩擦消失的情况下，铁钉和螺钉会从墙上滑出来，我们的手也不能拿任何东西，刮起的旋风就永远不会平息下来，我们会不断地听到回声，它从墙上反射回来，一点儿也没有被削弱。
每一次地面上结冰，都会使我们清楚地认识到摩擦的重要性。遇到街上结冰的时候，我们会毫无办法，并且随时都有滑倒的危险。下面就是从报纸上摘下来的几段消息（1927年12月）：
伦敦，21日消息，由于地面结了冰，伦敦的街车和电车行动都发生困难。大约有1 400人摔倒后手脚骨折等等，而被送入医院。
在海德公园附近，三辆汽车和两辆电车相撞，由于汽油爆炸，全部车辆被完全摧毁……
巴黎21日消息，巴黎的路面结冰，导致其市区和郊区发生了许多不幸的事件……
但是在冰面上的极小的摩擦力，也可以用在技术上面。日常用的雪橇就是一个例子。更好的例子是在结冰的路面，用它把树木从采伐地运到铁路或者浮送站。在这种平滑的路面上，两匹马能够拉动载有70吨木材的雪橇（图22）。
图22 上面是载货雪橇在结冰的路面上，两匹马拉运了70吨货物。
下面是结冰的路面：А、车辙；B、滑轨；С、压实的雪；D、道路土基。
根据以上所说，现在不要立刻下结论，认为冰上的摩擦力不管在什么情况下都微不足道。即使在接近0℃的时候，冰面的摩擦力往往也很大。苏联破冰船的工作人员仔细研究了北极海上的冰与轮船钢壳之间的摩擦力。这种摩擦力出乎意料的大，并不比铁跟铁之间的摩擦力小：冰对船壳的摩擦系数是0.2。
为了弄明白这个数字对于在冰块之间航行的船有什么样的意义，我们研究一下图23。图中描绘了船舷MN在冰块的压力下，所受到的各个力的方向。冰的压力P分解成两个力：跟船舷垂直的力R和跟船舷相切的力F。P和R之间的角等于船舷对竖直线的倾斜角α。冰对船舷的摩擦力Q等于力R乘以摩擦系数0.2，也就是Q=0.2R。如果摩擦力Q比F小，力F就会把压在船身上的冰推到水里去；这时候冰会沿着船舷滑动，不会对船只造成损害。如果力Q比F大，摩擦就会阻碍着冰块的滑动，在冰块长时间的压迫下，船舷会被压得粉碎。
图23 上面：“切留斯金”号毁灭在冰里。下面：船舷MN在冰块的压力下所受到的几个力。
什么时候Q＜F呢？很容易看出来，
F=R·tanα；
因此，存在不等式：
Q＜R·tanα；
又因为Q=0.2R，所以不等式Q＜F又可以变成：
0.2R＜R·tanα，或tanα＞0.2。
从三角函数表中可以查出，正切函数为0.2，它的角等于11°。这就意味着，当α＞11°时，Q＜F。从而确定了船舷对竖直线的角度应该是多少，才能确保在冰块中间安全航行：这个倾斜角必须不小于11°。
让我们来看一下“切留斯金”号是怎样沉没的。它是一艘轮船，而不是破冰船，在北海全部航线上都行驶地很顺利，但是在白令海峡被冰块挤破了。
冰把“切留斯金”号带到了遥远的北方并把它粉碎了（1934年2月）。船上的水手在冰上待了两个月，然后由飞行员把他们救了出来。下面就是这次事故的经过：
“坚硬的金属船身不是立刻就被压碎的，”探险队队长施米特在广播里面报告说，“我们很明显地看出冰块怎样压在船舷上，以及露在冰块上面的船壳是怎样向外凸起来并且弯曲的。但是冰块不断地向船进攻，虽然进攻得很缓慢，但却无法防御。鼓起的船外壳铁板沿着缝隙裂了开来。铆钉噼噼啪啪地飞走了。刹那间，船舷从前舱到甲板的末尾完全撕裂了……”
读了上面这段话以后，读者应该可以明白这次事故的原因了。
从这里也得出了一个实际的结果：在建造用于在有浮冰的海里行驶的船舶时，一定要使船舷有适当的倾斜度，即不低于11°。