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  • 1 # 螞蟻科學

    作為人類幾乎獨一無二的標誌:指紋(目前為止還沒有發現兩個人有同樣的指紋)的作用被人們津津樂道。其中就有一個廣為流傳的作用:增大手指與物體間的摩擦力。

    這個結論看起來十分正確,因為我們所學習的摩擦力的公式就是:F=μ×Fn(Fn為法向壓力,不一定是重力哦),μ有動摩擦靜摩擦之分。

    其中,μ和物體的材質、粗糙程度有關。手指上多了指紋,就相當於粗糙程度變大,自然,摩擦力就增大。

    然而,現實中卻並不是如此。

    對於兩個鐵塊木塊之類的物體,上面的公式無疑是正確的。但是,我們的手指,卻並不是什麼鐵塊木塊,而是,嗯,肉塊。或者說,我們的手,更像橡膠。

    近日,英國曼徹斯特大學的Roland Ennos和學生Peter Warman進行了指紋摩擦的測試,得出了與不同,可以說是相反的結論。  

    通常兩個固體材料之間的摩擦,涉及到一個法嚮應力。因此Ennos的實驗方案是讓Warman用手指抵住一塊有機玻璃,隨後沿著Warman的手指拖動有機玻璃,同時記錄摩擦力的變化情況。

    同時,Ennos設計了一個儀器,可以產生由弱到強的一系列應力。然後他將Warman的食指固定在該儀器上,進行摩擦實驗。結果發現,關於指紋功能的普遍認識並不正確。一般來講,手指和有機玻璃之間的摩擦力與二者介面之間的法向壓力成正比。但實驗的結果卻出乎意料,隨著法向壓力的增加,摩擦力只略微上升了一點點。  

    於是Ennos猜測,手指表面的彈性更類似於橡膠,那,其摩擦是否與接觸面積成正比呢?

    在採用寬和窄的兩種有機玻璃樣條進行摩擦實驗之後,結果證明,一定程度壓力下,成正比。

    事實上,由於指紋的存在,導致手指區域面板是溝壑狀的,手指與物體表面接觸的區域僅為手指平滑表面的三分之一。也就是說,如果手指沒有指紋,面板與物體的接觸面積就會增大。這說明,指紋絕不會有助於增加摩擦。相反地,其有可能是為了減少摩擦力。  

    Ennos從人類發展史的角度考慮,他認為,在人類進化的過程,指紋可能曾經有助於抓握粗糙的物體表面,比如樹皮。

    指紋的存在使得手指區域的面板更容易發生延展和變形,保護其手指區域面板因為巨大摩擦力而遭受損壞。

    此外,指紋或許可以保持指心的水分,從而有助於抓牢潮溼環境中的物體。另有研究人員認為,指紋可以增加手指的觸控敏感度。

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