文／簡麗賢　

還記得美國極限攀岩家艾利克斯‧霍諾德，年初成功徒手攀登台北101頂端的畫面嗎？霍諾德能成功登頂，關鍵的裝備之一，是腰間揹著裝有止滑吸汗的「碳酸鎂粉」小袋，能增加手部與建築物的摩擦力。不只攀登台北101需要防滑的碳酸鎂粉，攀岩、舉重、體操、打羽球、投手投球等運動也需要。碳酸鎂粉為何有此神奇的止滑功能？摩擦力又有何科學奧祕呢？

碳酸鎂粉 防滑保安



運動止滑的碳酸鎂粉，其化學成分主要是碳酸鎂（MgCO3），是一種白色粉末、弱鹼性、無毒、具有像海綿的多孔組織結構，能讓液體和氣體進入組織內，藉此吸收汗水與油脂，保持運動中的手部或足部乾燥，增強摩擦力與穩定性，幫助選手精確抓握和控制施力的支點，降低滑動風險，確保運動安全。

以垂直攀岩為例，物理的力學告訴我們，接觸面的垂直支撐力（或正向力）愈大、摩擦力愈大，可以克服地心引力，幫助人體向上加速。碳酸鎂粉能吸收手部汗水與油脂，保持手掌乾爽，使指尖與牆面之間能提供足夠摩擦力。

生活中處處需要摩擦力，走路需要摩擦力，握水杯需要摩擦力，行駛的汽車需要摩擦力，輪胎轉彎也需要接觸面的靜摩擦力。沒有摩擦力行不得也。

摩擦作用 抗阻運動



摩擦力究竟是怎樣的作用力？當兩物體的接觸面有相對運動的傾向，在平行接觸面的方向會產生阻抗相對運動的力，稱為摩擦力。靜止於桌面的木塊，其重量與垂直接觸面的支撐力抵消而保持靜止。若稍微施加一水平推力，木塊仍維持靜止狀態，此時桌面施予木塊的摩擦力，恰好抵消所施推力。由於木塊仍靜止，此摩擦力即為「靜摩擦力」。依據力平衡和合力概念，靜止在桌面的木塊，其靜摩擦力與此時的水平推力或拉力量值相等，方向相反；推力愈大，靜摩擦力也跟著愈大。

以物質間的基本交互作用而言，汽車行駛時的輪胎表面原子與地面原子因靠近而互相吸引，不易分離，對輪胎造成摩擦阻力；且地面愈粗糙，地面上會有愈多原子容易嵌入輪胎縫隙，與更多相異原子產生吸引力，形成愈強的摩擦力，幫助汽車加速前進或提供足夠向心力而轉彎。從原子的觀點而言，若不考量量子物理或統計造成巨觀物質間的交互影響，汽車在緊急煞車時，常看到地面上明顯的煞車痕，其實是輪胎上的橡膠受到地面原子的電磁力吸引而留下的殘留物。

接觸面大 摩擦力大



前面提到接觸面的正向力愈大，摩擦力就愈大。日常生活中，手推動桌面上木塊的推力、書本放在桌面上的正向力，從微觀的原子概念切入，正向力的成因涉及量子物理學的包利不相容原理，也就是在一個原子軌域的每個電子都擁有獨特且不能完全相同的一組自旋磁量子數。這項量子概念對一般讀者艱深難懂；換句白話說，處於同一軌域的兩個電子必定具有相反的自旋方向，擁有自己的獨立風格。

從實驗結果發現，靜摩擦力的方向與物體欲移動的方向相反，其量值隨水平推力而改變，以維持物體靜止的狀態。靜摩擦力有一最大值，稱為「最大靜摩擦力」。當水平推力大於最大靜摩擦力時，物體恰開始運動。最大靜摩擦力的量值，與正向力的量值成正比，其中的比例常數稱為靜摩擦係數，其數值與接觸面的材質和粗糙程度有關。使用運動防滑粉的意義就是增加接觸面的靜摩擦係數，藉此增加滑動的最大靜摩擦力。只要運動選手的抓握力夠大，加上防滑粉的幫助，就能掌握施力的支點，完成攀爬任務。