鞋底紋路與地面摩擦力之探討

1、鞋底紋路與地面摩擦力之探討摘要利用發(fā)泡塑料EVA,切割出不同形狀和寬度的紋路，代替鞋底，探討紋路與地面間最大靜摩擦力（以下簡(jiǎn)稱摩擦力）的關(guān)系；當(dāng)EVA塑料墊上面所加的整碼重量在18公斤重時(shí)，摩擦力和下壓重量，大致成正比關(guān)系，且各種不同紋路之摩擦力相差不大，但在整碼重量超過(guò)8公斤重時(shí)，摩擦力增大很多；此時(shí)EVA塑料墊底部有較明顯的變形。另外如果塑料墊紋路越復(fù)雜（三角形及橫直交錯(cuò)紋路）或?qū)挾仍叫r(shí)，摩擦力也越大，所以我們認(rèn)為越細(xì)越復(fù)雜的鞋底紋路，摩擦力越大，而且在下壓重量越大時(shí)更加明顯。壹、研究動(dòng)機(jī)我們知道平常穿的鞋子的鞋底，有不同的紋路，其主要目的是增加鞋底和地面之間的摩擦力，但是各家公司設(shè)計(jì)的

2、紋路都不相同，到底這些紋路形狀和摩擦力之間有什么樣的關(guān)系呢？什么樣的紋路是最佳設(shè)計(jì)呢？這是我們所要探討的主題！、研究目的一、塑料墊和地面之間的最大靜摩擦力（以下簡(jiǎn)稱摩擦力）和下壓的重量（正向力）是否成正比？二、有紋路的塑料墊和地面之間的摩擦力是否比沒(méi)有紋路的還大？三、塑料墊表面制造哪些形狀的紋路可以產(chǎn)生較大的摩擦力？四、塑料墊表面的紋路寬度是否影響摩擦力？參、研究設(shè)備及器材EVA發(fā)泡塑料地墊厚度1公分、美工刀、直尺、圓規(guī)、彈簧秤1公斤重?cái)?shù)支、整碼1公斤重?cái)?shù)個(gè)、棉線肆、研究過(guò)程或方法切割塑料墊1、用美工刀將塑料墊切成10公分X10公分之正方形。2、將塑料墊表面切割出1公分寬之不同形狀紋路，紋路間

3、隔0.5公分共六種：（1）平面（2）直條紋（3）橫條紋（4）波浪紋（5）橫直交錯(cuò)條紋（6）三角形條紋（如圖一）3、將塑料墊表面切割出不同寬度之不同形狀紋路，紋路間隔0.5公分：（如圖圖二、各種不同寬度紋路之塑料墊實(shí)驗(yàn)：測(cè)量各塑料墊和磨石子地面之間的摩擦力。1、將塑料墊水平放在磨石子之干凈地面上，以棉線綁住彈簧秤和塑料墊，拉動(dòng)塑料墊記錄彈簧秤最大讀數(shù)，重復(fù)三次求平均值。2、依序增加放在塑料墊上之整碼每次增加一公斤的重量，重復(fù)步驟1。（圖三）3、改變不同紋路之塑料墊重復(fù)步驟1、2圖三、實(shí)驗(yàn)操作圖伍、研究結(jié)果表一：條紋寬度相同時(shí)，各種形狀紋路的塑料墊和地面之摩擦力一，摩祛擦力Yyw1.02.03.0

4、4.05.06.07.08.09.010.0(kgw)平向580112117432295278732893812439550365973直條600115418442284295633623919440754216398橫條606111717642412313036583898442653856421波浪607123319262563331836104196488358166741橫直交錯(cuò)625125719172588327938874435499259806918三角形613125518372534312938104396489559606825gw一平面T-直修橫修*波浪*交皓一三角1234

5、5678910整碼重（kgw）圖四、不同形狀紋路的塑料墊和地面之間摩擦力關(guān)系圖表二、條紋寬度不同時(shí)，直條紋塑料墊和地面之摩擦力摩祛擦碣一1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0(kgw)1.0cm6001154184422842956336239194407542163980.7cm5831235184123093002342338064583535664630.4cm6211236198024563398397542344611591269358000摩7000擦6000力50004000gw3000200010000碼重(kgw)整-1.0cm0.7cm一0.4cm用

6、五、不同寬度直條紋路的塑料墊和地面之間摩擦力關(guān)系圖整碼重(kgw)圖六、不同寬度橫條紋路的塑料墊和地面之間摩擦力關(guān)系圖-1.0cm一k0.7cm0.4cm表三、條紋寬度不同時(shí)，橫條紋塑料墊和地面之摩擦力摩祛擦碣<g:寬、一1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0(kgw)1.0cm6061117176424123130365838984426538564210.7cm6231232162423953189359039244533548965160.4cm666124519062533342538864215468958126954表四、條紋寬度不同時(shí)，橫直交錯(cuò)條紋塑

7、料墊和地面之摩擦力摩、祛擦砥、一竟1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0(kgw)1.0cm6061117176424123130365838984426538564210.7cm6231232162423953053359039244533548965160.4cm666124519062533318038864215468958126954擦力gw1.0cm-0.7cm0.4cm80007000600050004000300020001000012345678910整碼重（kgw）圖七、不同寬度橫直交錯(cuò)條紋路的塑料墊和地面之間摩擦力關(guān)系圖由圖四可知在整碼重量小于8公

8、斤重時(shí)，各種紋路塑料墊和地面之間的摩擦力和下壓重量均呈現(xiàn)出正比關(guān)系，但在整碼重量大于8公斤重時(shí)，摩擦力明顯增大2、 有紋路的塑料墊所產(chǎn)生的摩擦力，都比沒(méi)有紋路的塑料墊所產(chǎn)生的摩擦力大。3、 整碼重量在8公斤重以下時(shí)，不同紋路塑料墊所產(chǎn)生的摩擦力差距不大，但整碼重量大于8公斤重時(shí)，波浪形、三角形和橫直交錯(cuò)形紋路塑料墊所產(chǎn)生之摩擦力比直條形和橫條形紋路塑料墊所產(chǎn)生的摩擦力大。四、由圖五、圖六、圖七可知紋路寬度越小的塑料墊和地面之間的摩擦力越大，且在整碼重量越大時(shí)更明顯。五、整碼重量超過(guò)10公斤重時(shí)，大部分塑料墊嚴(yán)重扭曲變形。陸、討論一、理論上摩擦力和正向力成正比，但塑料墊是彈性體，當(dāng)正向力加大時(shí)，

9、它會(huì)變形或和地面有較緊密之貼合，因此可能改變其接觸面性質(zhì)而影響此正比關(guān)系，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出來(lái)當(dāng)正向力小于8公斤重時(shí)，此效應(yīng)并不明顯，摩擦力和正向力成正比，但當(dāng)正向力大于8公斤重時(shí)，此效應(yīng)即顯現(xiàn)出來(lái)，造成突然增加的摩擦力，而影響其正比關(guān)系。二、不論在塑料墊上加上何種紋路，所產(chǎn)生的摩擦力都比沒(méi)有紋路的塑料墊大，可見(jiàn)紋路確實(shí)會(huì)使摩擦力增加。三、當(dāng)正向力小于8公斤重時(shí)，摩擦力和正向力成正比，這個(gè)關(guān)系對(duì)各種紋路都成立。此時(shí)不同紋路塑料墊所產(chǎn)生的摩擦力差距不大，表示當(dāng)正向力較小時(shí)，不同紋路對(duì)摩擦力所產(chǎn)生的效果不大，想要產(chǎn)生較大的摩擦力，必須改變材料種類(lèi)，才能有較大效果。四、當(dāng)正向力大于8公斤重時(shí)，摩擦力增

10、大很多，而不同紋路塑料墊所產(chǎn)生的摩擦力差距則相當(dāng)明顯，紋路越復(fù)雜的塑料墊，例如波浪形、三角形，橫直交錯(cuò)形等，所產(chǎn)生的摩擦力也越大，止匕時(shí)紋路對(duì)摩擦力所產(chǎn)生的效果很明顯，因此在正向力越大的情況下，紋路的設(shè)計(jì)就越顯得重要，例如汽機(jī)車(chē)的輪胎，及我們所穿的鞋子的鞋底等。五、不同紋路寬度的塑料墊，具和地面間的摩擦力也不同；紋路越細(xì)的塑料墊（紋路數(shù)目越多）摩擦力越大，而正向力越大時(shí)，效果越明顯。六、如果只單純考慮要增加摩擦力，則紋路越細(xì)越復(fù)雜越好，但實(shí)際上，可能仍要配合其他因素來(lái)設(shè)計(jì)，例如輪胎還要考慮排水性、噪音等問(wèn)題，而鞋底則要考慮行動(dòng)（或運(yùn)動(dòng)）狀況的需求。七、摩擦力和接觸面積無(wú)關(guān)（參考數(shù)據(jù)三），因此雖

11、然不同紋路的接觸面積不同，并不影響摩擦力，因此，在本實(shí)驗(yàn)中影響摩擦力的主要因素即為紋路。八、本實(shí)驗(yàn)所使用的EVA發(fā)泡塑料，材質(zhì)較軟，當(dāng)正向力超過(guò)10公斤重時(shí)，即嚴(yán)重扭曲，因此本實(shí)驗(yàn)所探討的范圍只適用在正向力10公斤重以內(nèi)。柒、結(jié)論1、 在正向力8公斤重以內(nèi)，塑料墊和磨石子地面間的摩擦力成正比，不論紋路形狀為何，此關(guān)系都成立。在正向力8公斤重以上，則無(wú)法由本實(shí)驗(yàn)判斷。2、 在正向力10公斤重以下，所有紋路的塑料墊和地面之間的摩擦力都比沒(méi)有紋路的塑料墊和地面之間的摩擦力大，即任何形狀的紋路都可以增加摩擦力。3、 紋路越復(fù)雜的塑料墊和地面之間的摩擦力越大，尤其是正向力越大時(shí)，效果越明顯。4、 紋路越細(xì)的塑料墊和地面之間的摩擦力越大，尤其是正向力越大時(shí)，效果越明顯。5、 紋路越細(xì)時(shí)，紋路數(shù)目越多，兩者之間是否相互對(duì)摩擦力產(chǎn)生影響，則無(wú)法由本實(shí)驗(yàn)得知。6、 本實(shí)驗(yàn)只探討EVA發(fā)泡塑料和磨石子地面之間的摩擦力，若能再對(duì)不同材