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，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)生的摩擦力都比沒有紋路的塑料墊大，可見紋路確實(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，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設(shè)計(jì)，例如輪胎還要考慮排水性、噪音等問題，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摩擦力產(chǎn)生影響，則無法由本實(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，若能再對不同材