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磨擦力做功問題對大多數朋友們來說很難理解,一是磨擦力方向很難掌握,磨擦力大小估算也很難(非常是靜磨擦力),磨擦力既可以做正功,也可以做負功,還可以不做功。磨擦力做功的過程中可以形成熱量,做的功可以全部轉化成熱量,也可以一部份轉化成熱量,也可以不轉化為熱量,等等的那些早就把朋友們搞暈了,那應當怎樣理解磨擦力做功問題呢?做功估算公式W=Fx。
要理解磨擦力做功問題,首先回顧一下功與能的關系。
功是能轉化的手段,能量要轉化,必需要通過做功完成。
能是功轉化的量度,轉化了多少能量,就要做多少功。
靜磨擦力做功
靜磨擦力由于物體之間沒有相對運動,所以靜磨擦力不會形成熱量,但靜磨擦力可以不做功,也可以做功,下具體取幾個反例。
1、靜磨擦力不做功
推袋子沒推進,靜磨擦力不做功。
水平力F拉物塊,物塊靜止,靜磨擦力不做功。
雖然人在正常走路過程中,靜磨擦力也不做功。
2、靜磨擦力做功
(1)靜磨擦力做正功
如上圖,水平面上疊放著A和B兩個物塊,給A物塊一水平往右的斥力F,A、B一起往右做加速運動,B物塊往右的加速度只能由靜磨擦力提供,此時A對B的靜磨擦力對物塊B做正功,使物塊B往右加速運動。
(2)靜磨擦力做負功
如上圖,A、B兩物塊一起往右做減速運動,B也往右做減速運動,減速的加速度只能由A對B的靜磨擦力提供,此時A對B的靜磨擦力對B做負功,使物塊B往右減速運動。
靜磨擦力做功總結:
1、靜磨擦力可以不做功,可以做正功,可以做負功。
2、靜磨擦力做功過程中不會形成熱量,系統內只形成機械能轉化。
3、一對靜磨擦力做功代數和必為零。
滑動磨擦力做功
滑動磨擦力做功問題要比靜磨擦力做功復雜一點,由于滑動磨擦力做功過程中會有內能的轉化。
1、滑動磨擦力不做功
如上圖所示,A、B接觸面間粗糙,A物塊下端細繩被剪短,現對物塊B施加一水平往右的力F,物塊B往右滑動,很顯著在此過程中,B對A的滑動磨擦力對A不做功,A對B的滑動磨擦力對B做負功。
2、滑動磨擦力做負功
滑動磨擦力做負功十分常見,如右圖,一物塊在粗糙的水平面上減速運動摩擦力做功一定生熱嗎,很顯著滑動磨擦力做負。
3、滑動磨擦力做正功
如上圖所示,光滑的水平面上有一靜止的物塊,有一炮彈攻入物塊并留在物塊中,在炮彈打進物塊的過程中,炮彈在做減速,物塊在做加速,滑動磨擦力對炮彈做負功,對物塊做正功。
滑動磨擦力做功與生熱問題
滑動磨擦力做功過程中會形成焦耳熱,Q=fs(s為相對滑動的路程)。
如上圖所示,光滑水平面上有一足夠長的長木板,質量為m,長木板有水平向左的初速率V,長木板上有一質量為m的物塊,物塊速率水平往右。
由動量守恒可知,最后二者同時相對地面靜止。
形成的焦耳熱Q=μmgS。
能量轉化關系:系統的動能通過磨擦力做功轉化成焦耳熱。
如上圖所示,光滑水平面上有一靜止的足夠長的長木板,質量為m,長木板上端有一質量為m的物塊摩擦力做功一定生熱嗎,長木板與物塊之間的磨擦質數為μ,現給物塊一水平往右的速率,求當二者相對靜止時,系統形成的焦耳熱Q,磨擦力對物塊做了多少功?磨擦力對長木板做了多少功?
從開始運動到二者相對靜止時的圖解如上圖。
形成的焦耳熱Q=μmgSo。
磨擦力對長木板做的功W1=μmgS1。
磨擦力對物塊做的功W2==μmgS2。
為何W1不等于W2?由于磨擦力做的功還有一部份轉化成了內能,即形成了焦耳熱。
W2=W1+Q。
能量轉化關系:系統的一部份動能通過磨擦力做功轉化成焦耳熱。
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