En hiver, pourquoi la route près de la gare routière de certaines villes devient-elle gris foncé après une forte chute de neige ? Il s'avère qu'une fine couche de cendre a été dispersée là-bas.

L'effet de la cendre est évident. Sans elle, il serait difficile pour une voiture en mouvement de s'arrêter; sans elle, il serait difficile pour une voiture arrêtée de démarrer. Pourquoi la cendre a-t-elle cet effet ?

Trouvez une bille de verre ou une bille de métal, et utilisez un livre à couverture rigide ou une planche dure et lisse (comme la sous-main) pour construire une rampe. Placez doucement la petite boule au sommet de la rampe. La balle roulera automatiquement vers le bas et roulera sur la table lisse pendant une certaine distance avant de s'arrêter. Maintenant, posez une couche de tissu rugueux sous la rampe et refaites l'expérience. Ensuite, la balle ne roulera pas très loin avant de s'arrêter. Cette expérience montre que la taille du frottement entre deux objets est liée à la douceur de la surface de contact - la surface est lisse, et le frottement est souvent plus petit; la surface est rugueuse, et le frottement est plus grand. Dans les endroits où nous avons besoin d'augmenter la friction, nous devrions rendre la surface rugueuse. La cendre sur la neige fait exactement cela. Les motifs irréguliers sur les pneus et les semelles font également cela. Le verre dépoli du tableau noir est utilisé parce que sa surface est irrégulière, ce qui lui donne une certaine friction. Les gens peuvent écrire dessus et laisser des traces de craie. De même, dans les endroits où nous n'avons pas besoin de frottement, nous voulons toujours rendre la surface des objets lisse.

Nous pouvons faire une autre expérience de frottement.
Trouvez un fil de fer fin et un morceau de glace. Fixez le bloc de glace et tirez le fil de fer d'avant en arrière sur la glace comme une scie à métaux. Au bout d'un moment, le fil de fer coupe le bloc de glace d'un côté et sort de l'autre.

Pourquoi le fil de fer peut-il couper le bloc de glace sans dents ? Il s'avère que le frottement entre le fil de fer et la glace joue ici un rôle important. La chaleur générée par le frottement fait fondre le bloc de glace en eau au niveau de la coupe, de sorte que le fil de fer peut se déplacer lentement dans le bloc de glace.

Le frottement a apporté une grande contribution à l'histoire de l'humanité. Le singe-homme de Pékin de 500 000 ans avait déjà appris à utiliser le feu. À cette époque, le feu était pris dans la forêt. La foudre a frappé les arbres secs de la forêt, provoquant un incendie. Cependant, cette opportunité n'est pas commune. Pour préserver le feu, les primitifs ont dû envoyer des gens pour garder le feu et ajouter constamment du bois au feu. Plus tard, après de nombreuses recherches, les méthodes de forage du bois pour obtenir du feu et de frappe des pierres pour obtenir du feu ont été inventées.

Les humains ont créé la méthode d’obtention du feu et sont entrés dans une nouvelle ère. Même à l’époque moderne, la tête d’allumette doit également être frottée pour générer de la chaleur et s’enflammer, et le briquet doit également être frotté contre la pierre à feu pour produire des étincelles et s’enflammer. Nous appliquons toujours le principe du forage du bois pour obtenir du feu.
Le principe de la friction peut non seulement couper des glaçons, mais aussi couper divers objets durs. La température élevée générée par la friction peut faire fondre ou ramollir la partie de friction jusqu’à ce qu’elle soit coupée. Ce principe est utilisé en génie et en militaire.

Certaines usines ont installé une lame de scie circulaire sans dents pour couper l’acier. Cette lame de scie circulaire n’a pas seulement de dents, mais est également fabriquée en tôle d’acier relativement souple. Elle dispose d’un réservoir d’eau en dessous (parfois, un tuyau d’eau peut être installé sur un côté de la tôle d’aluminium pour pulvériser automatiquement de l’eau sur la lame de scie). Lors de la coupe de l’acier, la lame de scie tourne à une vitesse très élevée. Un morceau d’acier de 44 cm de long et de 8 mm d’épaisseur peut être scié en 2 minutes.

Vous vous demandez peut-être, la lame de scie et la pièce sont en frottement intense, et la lame de scie deviendra également molle à cause de la chaleur. Que faire? Il y a un moyen ! Utiliser l’eau pour refroidir la lame de scie. L’eau courante évacuera à tout moment la chaleur sur la lame de scie, de sorte que la température de la lame de scie ne sera pas trop élevée, de sorte qu’elle ne deviendra pas molle. Mais l’acier n’a pas de conditions de refroidissement, donc la scie sans dents peut « couper l’acier comme de la boue ». La pièce est fixe et la lame de scie tourne, ce qui est une caractéristique importante de la scie sans dents. Lorsque la lame de scie et la pièce sont en frottement, en plus de la production de chaleur, les deux parties en contact devraient également se briser ou se tordre, et l’usure se produit, mais en fait la lame de scie s’use très lentement. C’est parce que la lame de scie tourne et que ses points de contact avec la pièce sont dispersés sur toute la circonférence, tandis que les points de contact entre la pièce et la lame de scie sont fixes, de sorte que la pièce a beaucoup plus de chances de s’user que la lame de scie.

En même temps, c’est aussi parce que la lame de scie est une tôle d’acier relativement souple, qui ne se casse pas facilement et peut retrouver sa forme initiale après une torsion et une déformation. La pièce est généralement dure et fragile, et s’use facilement.

La friction peut non seulement couper le métal, mais aussi souder le métal. Souder le cuivre et l'aluminium était autrefois un problème, et les gens ont utilisé le principe de la friction pour générer de la chaleur afin de le résoudre : laissez le moteur entraîner la partie en cuivre à tourner rapidement, puis laissez la partie en aluminium immobile presser la partie en cuivre tournante sous une forte pression. La surface de friction entre le cuivre et l'aluminium produira une température élevée. Sous la haute température, les surfaces de contact des deux métaux deviendront souples, et les molécules métalliques se pénétreront mutuellement et se recombineront. Après refroidissement, les deux métaux formeront un tout indissociable. La chaleur de friction joue un rôle majeur dans ce processus.

La chaleur de friction peut apporter des avantages aux personnes, mais elle peut aussi causer des problèmes dans de nombreuses situations. Par exemple, la friction provoquera une surchauffe des machines et une perte de puissance, ainsi que l'usure et la déformation des pièces de machines. Dans ce cas, les gens doivent surmonter ces forces de friction nuisibles et trouver des moyens de dissiper la chaleur.

Lorsqu'un navire navigue en mer, il doit surmonter la friction humide entre la coque et l'eau. Cependant, même avec la friction humide, la navigation du navire n'est pas facile. Un remorqueur sur l'eau tire une péniche sur une surface d'eau calme. Le remorqueur tire la péniche avec force, mais la péniche ne semble pas vouloir avancer, et le câble en acier est tendu. Qui bloque la péniche pour l'empêcher d'avancer ? Est-ce simplement la friction humide ? L'expérience suivante peut nous aider à trouver la raison.

Prenez une baguette et une boîte d'allumettes, insérez la baguette dans la boîte d'allumettes et allumez un bâton d'encens. Tenez la boîte d'allumettes d'une main et le bâton d'encens allumé de l'autre main, en plaçant l'encens devant la boîte d'allumettes. S'il n'y a pas de vent dans la pièce, la fumée de l'encens montera verticalement. À ce moment-là, vous soufflez un jet d'air vers la boîte d'allumettes avec votre bouche, et vous êtes surpris de voir que la fumée de l'encens souffle en fait dans la direction du flux d'air et dérive vers l'arrière de la boîte d'allumettes. Qu'est-ce qui se passe ?

La fumée dérive vers l'arrière de la boîte d'allumettes, ce qui indique que la pression de l'air derrière la boîte d'allumettes est relativement faible, de sorte que l'air environnant s'y précipite et que la fumée s'y déplace. Pour l'expliquer en physique, un tourbillon se forme derrière la boîte d'allumettes.

Si vous soufflez avec une force relativement faible, la vitesse du flux d'air est très faible et la fumée ne dérivera pas vers l'arrière de la boîte d'allumettes. C'est seulement lorsque vous soufflez fort que ce phénomène se produit. Cela montre également qu'une certaine vitesse du flux d'air peut former un tourbillon.

Le mouvement est relatif. Le flux d'air qui souffle sur la boîte d'allumettes et la boîte d'allumettes qui se déplace dans l'air sont de nature identique. Un grand camion-fourgon carré "à pain" roule rapidement dans les airs, et un tourbillon se forme derrière lui, provoquant le vol de poussière.

Pourquoi se forme un tourbillon ?
Lorsque l'objet se déplace rapidement, l'air devant lui ne peut pas se déplacer autour de l'arrière à temps, ce qui provoque une région temporaire de quasi-vide derrière l'objet. Lorsque cette région apparaît, l'air qui l'entoure se précipite pour la remplir, formant un tourbillon.

La pression de l'air est faible dans le tourbillon, de sorte que, pour un objet en mouvement, la pression à l'avant est beaucoup plus grande que la pression dans le tourbillon à l'arrière, comme si un homme fort poussait vers l'arrière devant la voiture et un petit enfant poussait vers l'avant à l'arrière. Ensemble, ils forment une force de recul, qui est liée au tourbillon. Nous l'appelons résistance au tourbillon.

En bref, la résistance d'un objet en mouvement comprend la résistance au frottement et la résistance au tourbillon.