在數學課程中須要了解兩個互相接觸的物體之間的磨擦問題。而關于磨擦力的概念是一個既重要、又容易出錯的問題。
磨擦力典型問題剖析
有無磨擦力和磨擦力方向的判定
1、假設法
假定接觸面是光滑的,判定物體將向那個方向運動,此方向即相對運動趨勢的方向。靜磨擦力方向與物體相對運動趨勢方向相反。
如右圖,物體在斜面上處于靜止狀態。假定斜面是光滑的,物體有斜向上滑動的趨勢,則磨擦力方向與物體相對運動趨勢方向相反。
2、受力剖析法
如右圖,力F拉著B,A和B一起做勻速直線運動,求A和B之間的磨擦力及B和地之間的磨擦力。
若A在水平方向上遭到力,只能是B對它的磨擦力,不管這個磨擦力是向左還是往右最大靜摩擦力等于什么,都未能再找到另外一個力和它平衡,所以A在水平方向上不受B對它的磨擦力。
對B進行受力剖析,B遭到地面對它的磨擦力,
f地B=F
如右圖,力F拉著A,A和B一起做勻速直線運動,求A和B之間的磨擦力及B和地之間的磨擦力。
對A進行受力剖析,A做勻速運動,由二力平衡得:
F=fBA
對B進行受力剖析,由二力平衡得:
f地B=fAB
磨擦力的方向總是與物體的運動方向相反嗎
答案是否定的。磨擦力的方向應與“相對運動”或“相對運動趨勢”的方向相反,與物體的運動方向有可能相反也有可能相同。
鐵塊剛與皮帶接觸,速率為零,二皮帶卻有往前的恒定速率V皮,鐵塊相對皮帶向后滑動,因而鐵塊遭到往前的滑動磨擦力f。在磨擦力作用下,鐵塊的速率越來越大,當V木的速率減小到與皮帶的速率V皮大小相等時,鐵塊相對皮帶無滑動,也無相對滑動趨勢,磨擦力消失,鐵塊因為慣性而與皮帶一起往前作勻速直線運動。
勻速向下爬樹時也是這么,依照二力平衡,物體必遭到一個向下的磨擦力,此時磨擦力方向與物體運動方向相同。
磨擦力大小典例剖析
用手緊握一個玻璃杯并保持靜止(玻璃杯一直處于豎直方向,如圖所示),下述說法中正確的是
A.當杯中水的質量減小時,手握瓶的力必須減小
B.手握得越緊,瓶子遭到的磨擦力越大
C.不論手握得多緊,瓶子遭到的磨擦力大小等于瓶子與水總重力的大小
D.以上說法都不正確
瓶子處在靜止狀態,對瓶子進行受力剖析:
物體處在平衡狀態,f=G。無論手的臂力多大,磨擦力仍然等于物體的重力。
本題選C
有些朋友有疑惑:磨擦力與手的臂力無關,為何手一松瓶子就掉出來了呢?
首先要分辨滑動磨擦力、靜磨擦力和最大靜磨擦力。靜磨擦力大小與壓力無直接關系最大靜摩擦力等于什么,滑動磨擦力和最大靜磨擦力與壓力成反比。
瓶子靜止時,屬于平衡狀態,重力大小等于靜磨擦力大小,此時靜磨擦力與壓力無關。一旦開始滑動的時侯,就屬于滑動磨擦力。壓力降低最大靜磨擦力也減少,大于重力時發生滑動。并且假如加強壓力,最大磨擦力也就減小了,最大靜磨擦力小于重力時,酒杯就處在靜止狀態。
磨擦力一定是阻力嗎
人在走路或慢跑時,要向后蹬地,手掌面相對地面有向后運動的趨勢。
這時人遭到的磨擦力往前,由于要妨礙手掌向后運動,因而磨擦力的方向與人前進的方向相同,所以在這些情況下,磨擦力屬于動力,而不是阻力。
猴子爬桿時,猴子相對于竿子有向上運動的趨勢,所以磨擦力向下,而小猴子也是向下爬動的,在這些情況下,磨擦力還是屬于動力。
總結為一句話:
當物體所受磨擦力與物體相對于地面的運動方向相反時為阻力,方向相同時為動力。
所以,磨擦力不一定是阻力,也可以是動力;
才能充當阻力的力就更多了,推力,拉力,彈力,磨擦力都可以是阻力。
拓展延展:
靜磨擦力一定大于滑動磨擦力嗎?
力F作用在物體上,剛開始物體處于靜止狀態,隨著F的減小物體所受靜磨擦力f也減小,最后物體運動了上去,靜磨擦力弄成了滑動磨擦力,所以有些人形成了“靜磨擦力一定大于滑動磨擦力”的錯誤認識。且看右圖:
實質上,隨著外力F的逐漸減小,靜磨擦力f也減小,當F小于最大靜磨擦力fm時物體開始運動,靜磨擦力f弄成滑動磨擦力f滑,此時f滑為一定值,只與物體的壓力和接觸的粗糙程度有關,但f滑卻比最大靜磨擦力fm略小一些,故最大靜磨擦力比滑動磨擦力大。