En invierno, ¿por qué la carretera cerca de la estación de autobuses de algunas ciudades se vuelve gris oscuro después de una gran nevada? Resulta que se ha esparcido una fina capa de ceniza.

El efecto de la ceniza es evidente. Sin él, sería difícil que un coche en movimiento se detuviera; sin él, sería difícil que un coche parado arrancase. ¿Por qué la ceniza tiene este efecto?

Busca una bola de cristal o una bola de metal y utiliza un libro de tapa dura o una tabla dura lisa (como la de escribir) para construir una rampa. Coloca la pequeña pelota suavemente en la parte superior de la rampa. La bola se deslizará automáticamente y rodará por la mesa lisa durante un rato antes de detenerse. Ahora pon un trozo de tela rugosa debajo de la rampa y vuelve a hacer el experimento. Entonces la pelota no rodará mucho antes de detenerse. Este experimento muestra que el tamaño del rozamiento entre dos objetos está relacionado con la suavidad de la superficie de contacto: la superficie es lisa, y el rozamiento suele ser menor; la superficie es rugosa, y el rozamiento es mayor. En los lugares donde necesitamos aumentar el rozamiento, debemos hacer que la superficie sea rugosa. La ceniza en la nieve está haciendo exactamente esto. Los patrones irregulares de los neumáticos y las suelas también lo están haciendo. El cristal esmerilado de la pizarra se utiliza porque su superficie es irregular, lo que le da una cierta fricción. La gente puede escribir en él y dejar marcas de tiza. Del mismo modo, en los lugares donde no necesitamos rozamiento, siempre queremos que la superficie de los objetos sea lisa.

Podemos hacer otro experimento de fricción.
Busca un alambre de hierro fino y un trozo de hielo. Fija el bloque de hielo y tira del alambre de hierro hacia atrás y hacia delante sobre el hielo como una sierra de calar. Después de un rato, el alambre de hierro corta un extremo del bloque de hielo y sale por el otro.

¿Por qué el alambre de hierro puede cortar el bloque de hielo sin dientes? Resulta que la fricción entre el alambre de hierro y el hielo juega un papel importante aquí. El calor generado por la fricción derrite el bloque de hielo en agua en el corte, por lo que el alambre de hierro puede moverse lentamente en el bloque de hielo.

La fricción ha hecho grandes contribuciones en la historia de la humanidad. El hombre de Pekín de hace 500.000 años ya había aprendido a usar el fuego. En aquel entonces, el fuego se tomaba del bosque. Un rayo golpeó los árboles secos del bosque, provocando un incendio. Sin embargo, esta oportunidad no es común. Para conservar el fuego, los pueblos primitivos tenían que enviar a gente a vigilar el fuego y añadir constantemente leña al fuego. Más tarde, después de muchas investigaciones, se inventaron los métodos de taladrar madera para obtener fuego y golpear piedras para obtener fuego.

Los seres humanos crearon el método de obtener fuego y entraron en una nueva era. Incluso en la actualidad, la cabeza del fósforo también necesita ser frotada para generar calor y encenderse, y el encendedor también necesita ser frotado contra el pedernal para producir chispas y encenderse. Todavía estamos aplicando el principio de taladrar madera para obtener fuego.

El principio de la fricción no sólo puede cortar cubitos de hielo, sino también cortar todo tipo de cosas duras. La alta temperatura generada por la fricción puede derretir o ablandar la parte de fricción hasta que se corte. Este principio se utiliza en ingeniería y en el ejército.

Algunas fábricas han instalado una hoja de sierra circular sin dientes para cortar acero. Esta hoja de sierra circular no sólo no tiene dientes, sino que está hecha de una chapa de acero relativamente blanda. Tiene un depósito de agua debajo (a veces se puede instalar una tubería de agua en un lado de la chapa de aluminio para rociar automáticamente agua en la hoja de sierra). Al cortar el acero, la hoja de sierra gira a una velocidad muy alta. Una pieza de acero de 44 cm de largo y 8 mm de espesor se puede cortar en 2 minutos.

Puede que te preguntes, la hoja de sierra y la pieza de trabajo están en fricción intensa, y la hoja de sierra también se volverá blanda por el calor. ¿Qué debo hacer? ¡Hay una solución! Usar agua para enfriar la hoja de sierra. El agua que fluye se llevará el calor de la hoja de sierra en cualquier momento, para que la temperatura de la hoja de sierra no sea demasiado alta, por lo que no se volverá blanda. Pero el acero no tiene condiciones de enfriamiento, por lo que la sierra sin dientes puede "cortar el hierro como barro". La pieza de trabajo está fija y la hoja de sierra gira, que es una característica importante de la sierra sin dientes. Cuando la hoja de sierra y la pieza de trabajo están en fricción, además de generar calor, las dos partes de contacto también deberían romperse o retorcerse, y se produce desgaste, pero en realidad la hoja de sierra se desgasta muy lentamente. Esto se debe a que la hoja de sierra está girando y sus puntos de contacto con la pieza de trabajo están dispersos en toda la circunferencia, mientras que los puntos de contacto entre la pieza de trabajo y la hoja de sierra son fijos, por lo que la pieza de trabajo tiene muchas más posibilidades de desgaste que la hoja de sierra.

Al mismo tiempo, también se debe a que la hoja de sierra es una chapa de acero relativamente blanda, que no es fácil de romper y puede recuperar su forma original después de retorcerse y deformarse. La pieza de trabajo es generalmente dura y quebradiza, y es fácil de desgastar. Este es el secreto de que la hoja de sierra pueda "vencer al fuerte con lo suave".

La fricción no sólo puede cortar el metal, sino también soldar el metal. Soldar cobre y aluminio solía ser un problema y la gente utilizó el principio de la fricción para generar calor para solucionarlo: dejar que el motor haga girar rápidamente la parte de cobre y luego dejar que la parte de aluminio no giratoria presione contra la parte de cobre giratoria bajo una fuerte presión. La superficie de fricción de cobre y aluminio producirá una temperatura alta. Bajo la alta temperatura, las superficies de contacto de los dos metales se volverán blandas y las moléculas de metal se penetrarán entre sí y se recombinarán. Después de enfriarse, los dos metales se convertirán en un todo inseparable. El calor por fricción juega un papel importante en este proceso.

El calor por fricción puede traer beneficios a las personas, pero también puede causar problemas a las personas en muchas situaciones. Por ejemplo, la fricción hará que las máquinas se calienten y desperdicien energía, y también hará que las partes de las máquinas se desgasten y deformen. En este caso, las personas tienen que superar esas fuerzas de fricción perjudiciales y encontrar formas de disipar el calor.

Cuando un barco navega en el mar, tiene que superar la fricción húmeda entre el casco y el agua. Sin embargo, incluso con fricción húmeda, la navegación del barco no es fácil. Un remolcador en el agua está tirando de un barge en una superficie de agua tranquila. El remolcador está tirando del barge con fuerza, pero el barge no parece querer moverse y el cable de acero está tirante. ¿Quién está bloqueando la marcha del barge? ¿Es sólo fricción húmeda? El siguiente experimento puede ayudarnos a encontrar la razón.

Encuentra un palillo y una caja de cerillas, inserta el palillo en la caja de cerillas y enciende un palo de incienso. Sostenga la caja de cerillas con una mano y el incienso encendido con la otra, colocando el incienso frente a la caja de cerillas. Si no hay viento en la habitación, el humo del incienso subirá verticalmente. En este momento, usted sopla un chorro de aire hacia la caja de cerillas con su boca y se sorprende de que el humo del incienso realmente sople en la dirección del flujo de aire y se desplace hacia la parte posterior de la caja de cerillas. ¿Qué está pasando?

El humo se desplaza hacia la parte posterior de la caja de cerillas, lo que indica que la presión del aire detrás de la caja de cerillas es relativamente baja, por lo que el aire circundante se precipita allí y el humo se desplaza hacia allí. Para explicarlo en física, se forma un vórtice detrás de la caja de cerillas.

Si sopla con una fuerza relativamente pequeña, la velocidad del flujo de aire es muy pequeña y el humo no se desplazará hacia la parte posterior de la caja de cerillas. Sólo cuando sopla con fuerza se produce este fenómeno. Esto también demuestra que una cierta velocidad de flujo de aire puede formar un vórtice.

El movimiento es relativo. El flujo de aire que sopla sobre la caja de cerillas y la caja de cerillas que se mueve en el aire son de la misma naturaleza. Un gran "camión de pan" de forma cuadrada que se conduce rápido en el aire, se formará un vórtice detrás de él, causando que el polvo vuele.

Cuando un objeto se mueve rápidamente, el aire que tiene delante no puede moverse alrededor hacia la parte de atrás a tiempo, provocando una región temporal de casi-vacío detrás del objeto. Cuando esta región aparece, el aire a su alrededor se precipita para llenarla, formando un vórtice.

La presión del aire es baja en el vórtice, por lo que para un objeto en movimiento, la presión delante es mucho mayor que la presión en el vórtice de la parte de atrás, al igual que un hombre fuerte empujando hacia atrás delante del coche y un niño pequeño empujando hacia delante en la parte de atrás. Juntos, forman una fuerza hacia atrás, que está relacionada con el vórtice. Lo llamamos resistencia al vórtice.

En resumen, la resistencia de un objeto en movimiento incluye la resistencia a la fricción y la resistencia al vórtice.