指纹能增加摩擦力吗?

作为人类几乎独一无二的标志:指纹(目前为止还没有发现两个人有同样的指纹)的作用被人们津津乐道。其中就有一个广为流传的作用:增大手指与物体间的摩擦力。这个结论看起来十分正确,因为我们所学习的摩擦力的公式就是:F=μ×Fn(Fn为法向压力,不一定是重力哦),μ有动摩擦静摩擦之分。其中,μ和物体的材质、粗糙程度有关。

手指上多了指纹,就相当于粗糙程度变大,自然,摩擦力就增大。然而,现实中却并不是如此。对于两个铁块木块之类的物体,上面的公式无疑是正确的。但是,我们的手指,却并不是什么铁块木块,而是,嗯,肉块。或者说,我们的手,更像橡胶。近日,英国曼彻斯特大学的Roland Ennos和学生Peter Warman进行了指纹摩擦的测试,得出了与不同,可以说是相反的结论。

  通常两个固体材料之间的摩擦,涉及到一个法向应力。因此Ennos的实验方案是让Warman用手指抵住一块有机玻璃,随后沿着Warman的手指拖动有机玻璃,同时记录摩擦力的变化情况。同时,Ennos设计了一个仪器,可以产生由弱到强的一系列应力。然后他将Warman的食指固定在该仪器上,进行摩擦实验。结果发现,关于指纹功能的普遍认识并不正确。

一般来讲,手指和有机玻璃之间的摩擦力与二者界面之间的法向压力成正比。但实验的结果却出乎意料,随着法向压力的增加,摩擦力只略微上升了一点点。  于是Ennos猜测,手指表面的弹性更类似于橡胶,那,其摩擦是否与接触面积成正比呢?在采用宽和窄的两种有机玻璃样条进行摩擦实验之后,结果证明,一定程度压力下,成正比。

事实上,由于指纹的存在,导致手指区域皮肤是沟壑状的,手指与物体表面接触的区域仅为手指平滑表面的三分之一。也就是说,如果手指没有指纹,皮肤与物体的接触面积就会增大。这说明,指纹绝不会有助于增加摩擦。相反地,其有可能是为了减少摩擦力。  Ennos从人类发展史的角度考虑,他认为,在人类进化的过程,指纹可能曾经有助于抓握粗糙的物体表面,比如树皮。


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