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
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. tribology international, 2016, 93:229-238.
friction
摩擦力会消失吗?| 雒建斌
by 岷客