切冰实验
切冰实验
找一根细铁丝和一块冰。把冰架起来,用两手拉着铁丝在冰上象拉锯似地来回锯,看!铁丝从冰块的一端切进去,又从另一端脱出来。
铁丝没有齿,为什么能切进冰块呢?原来,铁丝和冰的摩擦在这里起着重要的作用。摩擦产生的热量,使冰块在被切割的地方融化成水,因而铁丝能在冰块中缓慢地移动。
摩擦生热在人类的历史上立过大功。五十万年前的北京猿人已经学会了用火。那时的火是从森林中取来的。雷电击中了森林中的干枯树木,引起大火。但是这种机会不是常有的,原始人为了保存火种,只好派人守着火堆,不断地往火堆里添木柴。后来,经过许多人的研究,才发明了钻木取火和敲石取火的方法。
人类创造了取火的方法,进入了一个新的时代。就是在现代,火柴头也要靠摩擦生了热才能引燃,打火机也是靠火石摩擦后打出火星才能引燃,我们还使用着钻木取火的原理。
利用摩擦生热的原理不仅能切开冰块,它还可以切开各种坚硬的东西。摩擦产生的高温,能使被摩擦的部分熔化或者变软,直至切断。这个道理在工程和军事上都有用呢!
有的工厂里安装着一种切割钢材的无齿圆锯片,这种圆锯片不仅没有齿,而且是用比较柔软的钢片制造的,它的下边有个水槽(有时还可以在锯片的一侧安上一个喷水管,自动向锯片喷水)。切割钢材的时候,锯片以很高的速度旋转,一块44厘米长、8毫米厚的扁铁,只要两分钟就被锯开了。
你也许会问,锯片和工件剧烈摩擦,锯片也会因为受热而变软,这怎么办呢?有办法!用水来冷却锯片流动的水随时把锯片上的热带走,使锯片的温度不会太高,因而不会变软。而钢材却没有冷却条件,所以没有齿的锯就能“削铁如泥”了。
工件不动,锯片旋转,这是无齿锯的一个重要特点。在锯片和工作发生摩擦的时候,除了发热以外,两者接触的部分照理还应该发生折断或扭曲,产生磨损,但是实际上锯片磨损得很慢,这是因为,锯片是旋转着的,它和工件的接触点分散在整个圆周上边,而工作和锯片的接触点则是固定的,因此工作磨损的机会就比锯片多得多。同时还因为,锯片是比较柔软的钢片,不容易折断,扭曲变形以后还能恢复原状。而工件一般是硬而脆的,容易被磨损。这就是锯片能够“以柔克刚”的秘密。
利用摩擦不但能锯断金属,而且还可以焊接金属。铜和铝的焊接曾经是个难题,人们就是利用摩擦生热的原理来解决的:让电机带动铜件快速旋转,再让不旋转的铝件在强大的压力下顶住旋转的铜件,铜铝的摩擦面便产生高温,在高温下两种金属的接触面都变软了,金属分子互相渗透,重新结合起来,等到冷却以后,这两种金属就会变成难解难分的整体。摩擦生热在这个过程中起着主要作用。
摩擦生热能给人带来好处,但它在很多场合也会给人类带来麻烦。例如摩擦会使机器发热,白白消耗动力,还会使机件磨损、变形。在这种情况下,人们就要克服那些有害摩擦力并且想办法散热了。