互相接觸的兩個(gè)物體之間只有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢,而沒有相對運(yùn)動(dòng),這時(shí)的磨擦力叫作靜磨擦力.對于靜磨擦力的學(xué)習(xí),我們應(yīng)當(dāng)掌握以下幾點(diǎn):
一.靜磨擦力的發(fā)生
靜磨擦力發(fā)生在相對靜止的兩物體間,相對靜止指的是兩接觸面,不一定是整個(gè)物體,靜磨擦力發(fā)生在兩接觸面間,受力物體的一個(gè)接觸面只能發(fā)生一個(gè)靜磨擦力.
例:猴子爬桿,動(dòng)作是握緊桿,猴子的巴掌皮和竿子表面是相對靜止的,猴子和竿子發(fā)生的是靜磨擦力,雖然猴子和竿子是相對運(yùn)動(dòng)的;人走路不抱死情況下,人相對地面是運(yùn)動(dòng)的,鞋面和地面是相對靜止的,鞋面和地面之間發(fā)生滑動(dòng)是走不了路的,滑雪不是走路,滑雪發(fā)生的是靜滑動(dòng)摩擦力;
走路和滑雪
車輪不抱死,車輪與地面接觸點(diǎn),速率為零,
接觸點(diǎn)與地面相對靜止,但有相對運(yùn)動(dòng)趨勢,想動(dòng)而未動(dòng)的狀態(tài),發(fā)生的是靜磨擦力。
是靜磨擦力還是滑動(dòng)磨擦力,看兩接觸面是相對靜止還是相對運(yùn)動(dòng)。
二.靜磨擦力發(fā)生的條件
彈力、粗糙、相對運(yùn)動(dòng)趨勢,三條件缺一不可,有磨擦力就一定有彈力;有彈力不一定有磨擦力,無彈力不磨擦,磨擦力構(gòu)建在彈力基礎(chǔ)上.
例:圍棋比賽。在復(fù)盤講解時(shí),棋子被吸附在豎直放置的磁性棋盤上保持靜止.為何要用磁力?
有磁力能夠確保有彈力,有彈力能夠確保有磨擦力,并不是磁力使棋子不下落,而是靜磨擦力.
例:如圖所示,
物體A靠在豎直墻壁上,在力F的作用下,A、B保持靜止.墻對A有靜磨擦力嗎?
墻對A沒有彈力,也就沒有靜磨擦力.
例:如圖所示,
豎直放置的輕彈簧一端固定在地面上,另一端與斜面體P聯(lián)接,P的斜面與固定擋板MN接觸且處于靜止?fàn)顟B(tài),則斜面體P此刻所受的外力可能有(AC)
A.2個(gè)B.3個(gè)C.4個(gè)D.5個(gè)
三.靜磨擦力的作用療效:
總是制約物體間的相對運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)趨勢。
旨在于一件事:維持兩物體的相對靜止.有沒有成功,看能力(最大靜磨擦力).
若沒有靜磨擦力,這個(gè)世界但凡有運(yùn)動(dòng)趨勢的物體就會(huì)運(yùn)動(dòng),但是靜止不出來.
四.靜磨擦力的方向:
與接觸面相切,與彈力垂直,與相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向相反,而非運(yùn)動(dòng)趨勢,相對是指相對接觸面,不是地面.
靜磨擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)物理中摩擦力的公式,可以與速率方向相同(動(dòng)力,做正功),也可以與速率方向相反(阻力,做負(fù)功),還可以與速率方向垂直(向心力,不做功).
物體隨轉(zhuǎn)盤一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)
相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向有的顯著,有的不顯著,靜磨擦力的方向應(yīng)當(dāng)如何判定?
1.趨勢顯著直接看
例:靜止在斜面上的物體
例:推椅子推而未動(dòng)
2.趨勢不顯著看狀態(tài)
①用假定法判定
所謂相對運(yùn)動(dòng)趨勢,是指“想要”發(fā)生相對運(yùn)動(dòng),而且又沒能發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)的一種狀態(tài),即“蠢蠢欲動(dòng)”。為何沒能發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)?是由于遭到了靜磨擦力,所以靜磨擦力的作用是制止了相對運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。若果沒有了靜磨擦力,相對運(yùn)動(dòng)都會(huì)發(fā)生,所以可以通過假定接觸面光滑的方式來判定相對運(yùn)動(dòng)趨勢,而靜磨擦力的方向一定與物體相對運(yùn)動(dòng)趨勢的方向相反。
相對運(yùn)動(dòng)趨勢的方向就是假定光滑以后發(fā)生的相對運(yùn)動(dòng)方向.
例:人走路,
兩只腳都受磨擦力,假定地面光滑,后腳蹬地必之后滑,故后腳相對地面有向后滑的運(yùn)動(dòng)趨勢,所以后腳受地面的磨擦力是往前的;假定地面光滑,前腳踩地必然前滑,故前腳相對地面有向后前滑的運(yùn)動(dòng)趨勢,所以前腳受地面的磨擦力是往前后的.
?前腳向后,后腳往前.
例:行駛的單車,車輪不抱死,地面給車輪的磨擦力,方向是往前的還是向后的?
假定地面光滑,后輪不轉(zhuǎn),只隨車平動(dòng),相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向往前,所以后輪受地面靜磨擦力向后;假定地面光滑,車不能運(yùn)動(dòng)了,前輪空轉(zhuǎn),相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向向后,所以前輪受地面靜磨擦力向后前。
『換一角度理解』地面對主動(dòng)輪(驅(qū)動(dòng)輪)的磨擦力方向是與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的,與車身運(yùn)動(dòng)方向相同的;地面對從動(dòng)輪(被動(dòng)輪)的磨擦力是與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的,與車身運(yùn)動(dòng)方向相反的。
車輪被打滑(車輪不轉(zhuǎn)了),面包車仍在滑行運(yùn)動(dòng),車輪和地面的磨擦力是滑動(dòng)磨擦力,方向向后.
當(dāng)停止蹬車借助慣性滑行或則人行走實(shí)行單車時(shí),前后輪都是被動(dòng)輪,地面對它們形成的磨擦力都是向后的.
?有的車輛與單車不一樣,是前驅(qū)或兩驅(qū),單車是后驅(qū)。后輪若果不轉(zhuǎn)的話單車也能走,獨(dú)輪單車也能走。
[what]為何高端的越野車是兩驅(qū)的?
?后輪向后,前輪往前.
例:如圖所示的皮帶傳動(dòng)裝置中,O?是主動(dòng)輪,O?是從動(dòng)輪,A、B分別是皮帶上與三輪接觸的點(diǎn),C、D分別是三輪邊沿與皮帶接觸的點(diǎn)(為清楚起見,圖上將三輪與皮帶畫得略微分開,而實(shí)際上皮帶與三輪是緊密接觸的).當(dāng)O?順秒針啟動(dòng)時(shí),若皮帶與三輪不抱死,則A、B、C、D各點(diǎn)所受靜磨擦力的方向分別是(C)
A.向下,向上,向上,向下
B.向上,向下,向下,向上
C.向下,向下,向上,向上
D.向上,向上,向下,向下
②用平衡條件判定
a.用合力為零的平衡條件
例:質(zhì)量均為m的5塊磚被夾在兩豎直夾板之間,處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖,
試求磚3對磚2的靜磨擦力。
磚2對磚3相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向十分不顯著,用“趨勢法”無法判定.
例:小強(qiáng)朋友某次鍛練身體時(shí),沿豎直桿上爬,若他上爬過程中的某一段運(yùn)動(dòng)可以看作是勻速直線運(yùn)動(dòng),則這段過程中(A)
A.桿對他的磨擦力和他遭到的重力是一對平衡力
B.他對桿的壓力和他遭到的重力是一對平衡力
C.桿對他的磨擦力和他遭到的重力合力方向豎直向上
D.桿對他的磨擦力和他遭到的重力合力方向豎直向下
解析:部份朋友覺得人向下爬桿,磨擦力制約人向下運(yùn)動(dòng),磨擦力的方向向上,沒有從根本上理解磨擦力形成的實(shí)質(zhì),無論是人向下勻速爬桿還是沿桿勻速下降,人握住桿是向上使勁,手相對于桿來說有一個(gè)向上運(yùn)動(dòng)的趨勢,因?yàn)槟ゲ亮χ萍s物體的相對運(yùn)動(dòng)趨勢,磨擦力的方向向下,大小等于人的重力,所以桿對人的磨擦力和人遭到的重力是一對平衡力。
例:如圖所示,
物體A放在傾斜的傳送帶上,它能隨傳送帶一起向下或向上做勻速運(yùn)動(dòng),下述關(guān)于物體A在上述兩種情況下的受力描述,正確的是(D)
A.物體A隨傳送帶一起向下運(yùn)動(dòng)時(shí),A所受的磨擦力沿斜面向上
B.物體A隨傳送帶一起向上運(yùn)動(dòng)時(shí),A所受的磨擦力沿斜面向上
C.物體A隨傳送帶一起向上運(yùn)動(dòng)時(shí),A不受磨擦力作用
D.無論物體A隨傳送帶一起向下還是向上運(yùn)動(dòng),傳送帶對物體A的斥力均相同
例:如圖所示,
物體A、B疊置于物體C上,C放在水平地面上,水平力F作用于B,使A、B、C一起勻速運(yùn)動(dòng),各接觸面間磨擦力的情況是(A)
A.B對C有往右的磨擦力
B.C對A有向左的磨擦力
C.物體C遭到三個(gè)磨擦力作用
D.C對地面有向左的磨擦力
b.用合扭力為零的平衡條件
例:如圖所示,
不可伸長的輕繩將一個(gè)均勻的、重為G的球懸于豎直墻壁的A點(diǎn),球靜止,繩系在球上的C點(diǎn)。試剖析球與豎直墻壁間的靜磨擦力方向。
以球心為支點(diǎn),合扭力為零。情形一:輕繩不過球心(重心)
重力G和支持力N均過球心,扭力為零,所以,靜磨擦力的扭力與繩子拉力的扭矩大小相等、方向相反,因而B處的靜磨擦力方向一定豎直向下,形成逆秒針方向扭力,與繩的拉力T形成的順秒針扭力平衡。
情形二:輕繩過球心(重心)
重力G、支持力N和輕繩拉力T均過球心,扭力為零,所以,靜磨擦力為零。
例:物體b在力F作用下將物體a壓向豎直墻面,如圖所示,
a處于靜止?fàn)顟B(tài),則關(guān)于a受的磨擦力有幾個(gè)?
按照扭力平衡判定b對a一定有磨擦力,豎直墻對a也一定具有磨擦力,總的有2個(gè).
③用牛頓第二定理判別
力是形成加速度的緣由,物體在順著接觸面上具有加速度,但沒有其它力,那必將就是磨擦力形成的加速度.
例:如圖所示,
A、B兩物塊疊置于一起,在粗糙的水平面上保持相對靜止地往右做勻減速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過程中,B遭到的磨擦力(A)
A.方向向左,大小不變
B.方向向左,逐步減少
C.方向往右,大小不變
D.方向往右,逐步減少
B和A保持相對靜止向左做勻減速運(yùn)動(dòng),加速度向左,B的加速度只能靠靜磨擦力形成,靜磨擦力向左,大小為f=ma.
例:物體隨轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng),物體受靜磨擦力方向.
物體隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng),和轉(zhuǎn)盤保持相對靜止,靜磨擦力充當(dāng)向心力,靜磨擦力指向圓心.值得注意的是物體相對轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)趨勢方向是沿直徑向外,并非速率的反方向,相對運(yùn)動(dòng)趨勢方向要相對接觸面,而不是地面.
【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】
豎直軟桿往右彎
④用牛頓第三定理判別
先確定受力比較簡單的物體所受靜磨擦力方向,再由牛頓第三定理確定另一物體所受靜磨擦力方向.
例:上面騎單車問題,地面上放一木板,假定木板與地面的接觸面是光滑的,把單車前輪放在木板上,后輪在地面上,踩動(dòng)單車踏板,木板向后運(yùn)動(dòng),而單車并不往前聯(lián)通,說明木板遭到了向后的靜磨擦力。依據(jù)牛頓第三定理,前輪遭到往前的靜磨擦力。再把木板置于后輪下邊,前輪在地面上,假定木板與地面的接觸面是光滑的,踩動(dòng)踏板,木板和后輪一起往前運(yùn)動(dòng),但后輪不轉(zhuǎn),說明木板遭到了往前的靜磨擦力,而后輪遭到了向后的靜磨擦力。
例:如圖所示,
有三個(gè)相同的物體疊置于一起,放在粗糙的水平地面上,現(xiàn)用水平力F作用在B上,三個(gè)物體依然靜止,下述說法中正確的是(CD)
A.B對A有磨擦力作用
B.B遭到A、C的磨擦力作用
C.B只遭到C的磨擦力作用
D.地面對C有磨擦力作用,大小等于F
先從受力最簡單的A剖析,A保持靜止,B對A無磨擦力,則A對B無磨擦力,
⑤根據(jù)靜磨擦力的作用療效
靜磨擦力的目的是“在一起”,為了維持相對靜止而存在.堪稱在“天愿作比翼鳥,在地愿為連理枝”,“比翼雙飛,比目連枝”.
超過能力范圍(最大靜磨擦力),仍在“最后掙扎”,弄成了滑動(dòng)磨擦力,但也只能“無可怎奈,望洋卻步”,堪稱“大難將至各自飛”.
例:沿水平往右勻加速運(yùn)動(dòng)的斜面體A上,有物體B相對于斜面靜止,如圖所示.
斜面的夾角為α,A、B之間接觸面糙糙,下述關(guān)于A、B之間磨擦力的說法正確的是()
(A)B一定遭到A對它的磨擦力作用
(B)A、B之間可能無磨擦力
(C)A對B的磨擦力方向可能沿斜面向下,也可能沿斜面向上
(D)B遭到的磨擦力方向只能沿斜面向下,不可能沿斜面向上
例:如圖所示,
物體靜止放在斜面上,使用水平外力F去推物體,當(dāng)外力F從零而逐漸提高時(shí),該物體仍然會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài),請說明這一過程此物體所承受的磨擦力該發(fā)生怎樣改變?
例:如圖所示,
傳送帶與水平面傾角為37°,并以v=10m/s運(yùn)行,在傳送帶的A端輕輕放一個(gè)小物體,物體與傳送帶之間的動(dòng)磨擦質(zhì)數(shù)μ=0.5,AB長L=16m,求:以下兩種情況下物體從A到B所用的時(shí)間(g=10m/s2).
(1)傳送帶順秒針方向轉(zhuǎn)動(dòng);
(2)傳送帶逆秒針方向轉(zhuǎn)動(dòng).
【靜磨擦力有無及方向判定總結(jié)】
1.趨勢顯著直接看.
2.趨勢不明看狀態(tài).
(1)用假定法
(2)平衡狀態(tài)用平衡條件.
平衡條件:①合力為零②合扭力為零.
(3)動(dòng)力狀態(tài)用牛頓第二定理.
(4)多個(gè)物體用牛頓第三定理輔助判定.
3.按照狀態(tài)看供需.
五.靜磨擦力大小
靜磨擦力是被動(dòng)力(自適應(yīng)性),靜磨擦力的大小必須按照平衡條件或牛頓第二定理推理估算,動(dòng)摩是主動(dòng)力,靜摩是被動(dòng)力,動(dòng)摩套公式,靜摩看狀態(tài).靜磨擦力有最大值叫最大靜磨擦力.
六.靜磨擦力和最大靜磨擦力
最大靜磨擦力不是力,更不是物體的受力,只是靜磨擦力的最大值.
最大靜磨擦力與接觸面彈力成反比(fm=μ?FN),最大靜磨擦力隨彈力的下降而下降,隨彈力的減少而減少.
中學(xué)階段通常覺得滑動(dòng)磨擦力和最大靜磨擦力相等,這就是一般題目中有取最大靜磨擦力等于滑動(dòng)磨擦力的誘因.
如圖甲,一個(gè)重物靜止置于粗糙的水平,現(xiàn)遭到拉力F作用,f隨著拉力F減小而漸漸減小,某一時(shí)刻物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng),則物體遭到的磨擦力f隨拉力F變化如圖乙所示,靜止時(shí)磨擦力f隨著拉力F的降低而降低,但是f=F;當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)后遭到的磨擦力只跟μ和N有關(guān),不再隨外力變化.
例:手握酒壺懸空,使勁松開,無論用多大力,靜磨擦力不變,最大靜磨擦力減小(靜磨擦力的最大值減小),只是增強(qiáng)了酒壺防掉的安全性;
鞋跟各類不同形狀的防滑設(shè)計(jì),就是為了減小最大靜磨擦力,靜磨擦力是否減小要看相對運(yùn)動(dòng)趨勢的劇烈程度,提升走路時(shí)的安全性和穩(wěn)定性.
七.靜磨擦力做功問題
靜磨擦力力對單個(gè)物體可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功,對發(fā)生靜磨擦力的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)不做功,即靜磨擦力不生熱,也不會(huì)留下凹痕.
一對靜磨擦力是斥力與反斥力,它們大小相等、方向相反且在同仍然線上,又因?yàn)殪o磨擦力存在于兩個(gè)相對靜止的物體之間,這兩個(gè)物體位移仍舊相同,所以一對靜磨擦力做功大小總是相等,一正一負(fù),做功之和一定為零。
一對滑動(dòng)磨擦力既然是斥力與反斥力,大小相等、方向相反,而且滑動(dòng)磨擦力存在于兩個(gè)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)的物體之間,這兩個(gè)物體位移的大小一定不相等,方向也不一定相反,它們做功之和一定不為零,由于磨擦生熱,依照能量轉(zhuǎn)化和守恒定理,這一對滑動(dòng)磨擦力做功之和一定為負(fù)功,表示物體的一部份動(dòng)能轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能。
八.靜磨擦力常見誤區(qū)
1.覺得靜磨擦力作用的物體一定靜止.
2.覺得運(yùn)動(dòng)的物體間一定有磨擦力,靜止的物體間不存在磨擦力。
3.覺得只有有推力或拉力作用時(shí)才有靜磨擦力.
4.覺得靜磨擦力一定與運(yùn)動(dòng)方向在同仍然線上.
5.覺得靜磨擦力大小與彈力成反比.
6覺得.磨擦力總是制約物體的運(yùn)動(dòng).
7.覺得靜磨擦力不做功,滑動(dòng)磨擦力做負(fù)功.
九.生活中的靜磨擦力
靜磨擦力是很常見的。如人走路就是遭到往前的靜磨擦力的作用(人的雙腳相對于地面有向后的趨勢,雙腳一離地,沒有動(dòng)力也就沒靜磨擦),如車輛的車輪,滾動(dòng)磨擦實(shí)質(zhì)上就是靜磨擦)靜磨擦力的大小只能按照物彰顯在所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(平衡或是加速),由平衡條件和牛頓定理來求解,與正壓力無關(guān)(與最大靜磨擦力不同)。諸如,拿在手中的杯子、毛筆不會(huì)滾落,就是靜磨擦力作用的結(jié)果。能把線織成布,把布縫制成衣服,也是靠紡紗之間的靜磨擦力的作用。靜磨擦力在生產(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用也好多。諸如,皮帶運(yùn)輸機(jī)是靠貨物和傳送皮帶之間的靜磨擦力把貨物送往別處。還有,單車、汽車主動(dòng)輪與地面之間的磨擦力也屬于靜磨擦力,也就是說,滾動(dòng)磨擦力也屬于靜磨擦力。
十.實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)
判定靜磨擦力的方向
在解決有關(guān)磨擦力的問題時(shí),其實(shí)你倍感判定靜磨擦力的方向比較困難。由于兩個(gè)物體之間沒有形成相對運(yùn)動(dòng),所以想像上去是不容易的。通過下邊的實(shí)驗(yàn)可以幫助你找到一種方式。
取周長為10分米左右的薄木板或硬紙板,圖釘,適當(dāng)?shù)闹匚铮ㄈ绯渝N或小磚塊),線、鞋刷(或牙膏)2只等備用。
實(shí)驗(yàn)1:把許多圖釘均勻地釘在板材上,要求圖釘穿過板材使釘尖漏出,再把重物用線捆在板材上,如圖所示。
實(shí)驗(yàn)時(shí),將它們置于手心上,使釘尖與手掌接觸,之后輕拉木板(保持木板不動(dòng)),再改變拉力的方向,多次實(shí)驗(yàn),你都會(huì)感遭到里面的物體對你的手指所形成的靜磨擦力的方向。將手臂忽然啟動(dòng),再繼而停止,或則勻速地托著物體運(yùn)動(dòng),在這三種情況下,你的手指的覺得有哪些區(qū)別嗎?
實(shí)驗(yàn)2:將一只鞋刷刷毛向上地置于粗糙的平面上,用手水平地推鞋刷,觀察一下刷毛向哪些方向彎曲;把鞋刷翻一個(gè)身,使刷毛向下,把另一個(gè)表面粗糙的物體放到刷毛上,水平推這個(gè)物體,看刷毛向哪些方向彎曲。也可以用兩只鞋刷,使刷毛相對地置于一起,推其中的一只鞋刷,在不形成持續(xù)滑動(dòng)的情況下物理中摩擦力的公式,觀察刷毛的形狀有哪些變化。從這種觀察中,你可以判定各自所受的靜磨擦力的方向。如圖所示。
通過前面的實(shí)驗(yàn),教給你一種判定靜磨擦力方向的方式,就是當(dāng)物體間存在有相對運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí),你可以構(gòu)想它們的接觸面將發(fā)生如何的形變,某物體所受的靜磨擦力的方向就是使得它形成形變的方向。
【練習(xí)】
1.如圖甲、乙所示,
物體A、B在力F作用下一起以相同的速率沿F方向勻速運(yùn)動(dòng),關(guān)于物體遭到的磨擦力,下述說法正確的是(D)
A.兩圖中物體A均受磨擦力,且方向均與F相同
B.兩圖中物體A均受磨擦力,且方向均與F相反
C.兩圖中物體A均不受磨擦力
D.圖甲中物體A不受磨擦力,圖乙中物體A受磨擦力,方向和F相同
2.下述情境中,物體M所受磨擦力Ff的示意圖正確的是(B)
3.如圖所示,
白板水平放置在地面上,在白板上用磁釘夾住一張紙花,往右輕輕拉卡紙,未帶動(dòng),對這情境受力剖析正確的是(C)
A.磁釘遭到往右的磨擦力
B.磁釘遭到向左的磨擦力
C.卡紙?jiān)獾桨装逑蜃蟮哪ゲ亮?span style="display:none">mbz物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
D.白板遭到地面向右的磨擦力
4.判定圖中物體A是否受磨擦力作用?若有,判定A受的磨擦力是靜磨擦還是動(dòng)磨擦?沿哪些方向?(嘗試用多種方式判定)