摩擦生热是常识,摩擦为什么能够生热呢?
宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现。物体之间发生摩擦的时候,由于做功而使物体之间的分子剧烈地运动。
物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的综合叫作内能,也就是说,当物体与物体发生摩擦时,由于克服摩擦做了功,使到物体内部分子的运动更加激烈,因而使到物体的内能增加,温度升高,这就是摩擦生热的原理,这就是以物理角度解释摩擦生热的原理。假设两物体进行摩擦运动,我们必须假设两物体间存在摩擦力,如此两物体之间的摩擦面就不是光滑的。同时,两物体之间必须存在相对速度。
来源于物质分子自身固有的惯性
根据对杂乱无章的物质分子热运动统计的规律,物质分子热运动在运动方向上是各向同性的。若我们假设分子热运动速度是相对于物体,并将物体作为静止参照系。那么凸起部分物质瞬时经相互碰撞而静止时,虽然沿运动方向凸起部分物质分子热运动速度会增加,同时沿相反的方向,凸起部分物质分子热运动速度会减少。两者速度数值变化相等,方向相反,此效应在摩擦面上不影响温度的变化。
热量是可以进行传递的,说白了也是遵守能量守恒定律的,也就是任何能量都不会凭空消失,也不会凭空产生,只会从一种形式转换成另外一种形式,比如我们如果是骑单车在相对比较高的地方冲下来,这时候即便我们不做任何动作,自行车的速度也是越来越快,这就是能量的转换,我们的动能得到了提高,但是相应的重力势能下降了很多,而产生热量的方式其实也是遵守这个原理的,而比较常见的就是做功产热还有热传递。
相互摩擦的物体表面分子相互碰撞的过程
假定一个物体静止,另一物体相对该物体运动。则在此过程中,静止物体中的分子被撞击,获得了运动物体中分子的部分或全部定向动能。获得此定向动能的分子又会与周围的其它分子相互碰撞,由于分子间的碰撞极为频繁,而撞击的方向又是随机的,因此,原本的定向动能最终转变为无规则运动动能,即热运动动能增大。从而导致相互摩擦的物体表面在宏观上表现为内能增大,温度升高。
摩擦能够生热是因为它会转化为热能。
① 知识点定义来源&讲解:
摩擦是两个物体相对运动或相互接触时的相互作用力。当两个物体相对运动或相互接触时,它们之间会产生摩擦力。摩擦力是一种阻碍物体相对运动或滑动的力,并且它还会将一部分机械能转化为热能。
根据能量守恒定律,当两个物体之间存在摩擦时,它们的机械能会转化为其他形式的能量,其中包括热能。
② 知识点运用:
由于摩擦能够产生热能,这个现象在许多实际应用中有所运用,例如:
- 火柴擦火:摩擦火柴与粗糙的表面会产生摩擦热,使火柴头部着火。
- 制动器和摩擦片:汽车和自行车的制动器利用摩擦来转化运动能为热能,以减速或停止运动。
- 磨损和磨削:在材料加工和制造过程中,利用摩擦来进行磨损和磨削,实现物体表面的改变和加工。
③ 知识点例题讲解:
由于摩擦产生的热能具体取决于摩擦物体的性质和相对运动的条件,无法给出一个具体的例题。
④ 延伸阅读:
有关摩擦和热能转化的更深入的讨论可以涉及到热力学、摩擦物理学和能量转化等领域。可以进一步学习和了解有关摩擦的类型、摩擦力的计算方法,以及摩擦对机械能的影响和能量守恒定律等方面的知识,以扩展对该主题的理解和运用。
① 知识点定义来源和讲解:
摩擦力是指两个物体在相对运动或试图相对运动时之间产生的阻力。它的大小取决于物体之间的接触面积、表面粗糙程度、施加在物体上的压力以及物体间相对运动的速度。摩擦力可以使物体减速或停止运动,同时也可以将运动物体的动能转化为热能。
② 知识点运用:
摩擦生热的原理在许多日常生活和工业应用中都有广泛的运用。例如,我们常见的火柴摩擦点燃,就是利用摩擦力产生的热能使火柴头部的磷化物起火。另一个例子是刹车片和车轮的摩擦,当我们踩下刹车时,刹车片与车轮之间的摩擦产生热能,将动能转化为热能,从而减缓车辆的运动。
③ 知识点例题讲解:
假设有一个物体质量为5kg,以速度2m/s在水平地面上运动,与地面之间的摩擦系数为0.2。求物体与地面之间的摩擦力和产生的热能。
解答:
首先,我们可以计算出物体与地面之间的摩擦力。根据摩擦力的公式,摩擦力 = 摩擦系数 × 受摩擦物体的正压力。在这个例子中,正压力等于物体的重力,即 F = m × g。假设重力加速度 g = 9.8 m/s²,则正压力 F = 5kg × 9.8 m/s² = 49N。
摩擦力 = 0.2 × 49N = 9.8N
接下来,我们可以计算摩擦力产生的热能。热能的计算公式为热能 = 摩擦力 × 摩擦距离。由于物体以2m/s的速度运动,如果停下来,则需要消耗的能量为动能,即 1/2 × m × v²。在这个例子中,动能 = 1/2 × 5kg × (2m/s)² = 10J。
假设停下来的过程中摩擦距离为0.5m,则摩擦力产生的热能 = 9.8N × 0.5m = 4.9J。
因此,物体与地面之间的摩擦力为9.8N,摩擦力产生的热能为4.9J。
当两个物体相对运动或互相接触时,它们的表面会发生摩擦。在摩擦过程中,两个物体之间的分子之间会发生相互碰撞和相互摩擦。
这种摩擦会导致物体表面的分子活动增加,分子的动能也会增加。当分子活动增加时,它们的平均动能也会增加,从而导致物体的温度升高。
此外,摩擦还会导致能量的转化。当两个物体相互摩擦时,它们之间的机械能会转化为热能。这是因为摩擦过程中,摩擦力对物体施加了作用力,使物体的表面发生形变和变形,从而使机械能转化为热能。
总之,摩擦会引起物体表面分子的活动增加和能量的转化,导致热量的产生。这就是为什么摩擦可以使物体变热的原因。