我們曉得,假若不再使勁蹬地,阻力會使運動的輪滑最終停出來。雖然,這個阻力就是輪滑和地面之間形成的磨擦力。磨擦力分為靜磨擦力、滑動磨擦力、滾動磨擦力三種。
滑動磨擦力
磨擦力是一種很常見的力。
例如,滑滑梯的時侯,會覺得到滑梯向下“拽”我們的衣服,滑梯對褲襪有制約作用。
又例如,我們在使用橡皮抹去紙面上的鋼筆字時,能感遭到紙面對橡皮有制約作用。
拖地時,能感遭到地板對拖把有制約作用
再例如,將食指壓在桌面上,并在其上滑動,我們可以感遭到桌面對右手有制約作用。
右手互搓,能感遭到阻撓作用
以上形成制約作用的力就是滑動磨擦力。互相接觸的物體的兩個面,有時肉眼看上去很光滑,并且置于顯微鏡下觀察卻是凸凹不平的。當互相接觸的物體發生相對運動時木塊摩擦力受力分析,都會彼此制約,形成滑動磨擦力。
兩個互相接觸的物體,當它們相對滑動時,在接觸面上會形成一種制約相對運動的力,我們把這些力稱作滑動磨擦力。
靜磨擦力
當你爬桿到某處靜止時,受力平衡。你遭到向上的重力,向下的力是誰呢?
此時,即使你沒有向上滑動,并且相對于爬桿卻有向下降的趨勢。向下的這個力就是靜磨擦力,是它在阻撓你向下降。
當你水平向左使勁推靜止在水平地面上的木架時,未推進。袋子似乎未動,然而卻有向左運動的趨勢。和推力相平衡的這個力就是地面和袋子之間形成的靜磨擦力。
兩個互相接觸的物體,當它們要發生相對滑動時(有相對運動趨勢),在接觸面上會形成一種制約相對運動趨勢的力,我們把這些力稱作靜磨擦力。
滾動磨擦力
當籃球在地面上滾動時,速率會越來越慢,這是由于地面給它一個妨礙運動的力,這個力是滾動磨擦力。
一個物體在另一個物體表面上滾動時遭到的磨擦力,稱作滾動磨擦力。
在其他條件相同的情況下,滾動磨擦力比滑動磨擦力小。
磨擦力形成的條件
物體間互相接觸并擠壓(即,要有壓力);
接觸面粗糙;
物體間有相對運動或相對運動趨勢。
磨擦力方向
磨擦力是制約相對運動的力,所以磨擦力方向與相對運動方向或相對運動趨勢方向相反。
滑動磨擦力:與相對運動方向相反
靜磨擦力:與相對運動趨勢方向相反
如何正確判別出磨擦力的方向呢?只需四步即可。
①明確磨擦力的施力物體和受力物體;
②選擇施力物體為參照物;
③判斷受力物體相對施力物體的運動方向或運動趨勢方向;
④用“相反”確定磨擦力的方向。
例一靜止在斜面上的物體遭到磨擦力的方向
①物體A是受力物體,斜面B是施力物體;
②以斜面B為參照物;
③受力物體A相對于斜面B有平行于斜面向上運動的趨勢;
④所以,物體A遭到的磨擦力方向是:平行斜面向下。
例二在拉力作用下沿斜面向下運動的物體遭到的磨擦力方向
①物體A是受力物體,斜面B是施力物體;
②以斜面B為參照物;
③受力物體A沿斜面向下運動;
④所以,物體A遭到的磨擦力方向是:平行斜面向上。
例兩人往前走路,腳(鞋)遭到的磨擦力方向
當我們往前走路時,腳向后蹬地,腳(受力物體)相對于地面(參照物、施力物體)有向后的運動趨勢。所以,腳遭到的磨擦力方向往前。
判定磨擦力方向時,要正確判定出誰是施力物體,誰是受力物體。人走路時,磨擦力是形成于腳(或鞋)和地面之間,不是人和地面之間。人相對于地面向前運動,而且磨擦力方向并不是向后。
單車后輪遭到的磨擦力方向向后
前輪遭到的磨擦力方向往前
由此我們要明晰,磨擦力方向不是與物體運動方向相反,而是與物體相對運動方向相反。
磨擦力大小
滑動磨擦力的大小:可使用彈簧測力計檢測
如圖,用彈簧測力計水平帶動鐵塊,使它順著長木板做勻速直線運動。按照二力平衡知識,可知彈簧測力計對鐵塊的拉力大小等于鐵塊遭到的磨擦力,即F=f。
靜磨擦力的大小:按照平衡力知識判定
當你爬桿到某處靜止時,遭到的磨擦力和重力是一對平衡力,故磨擦力與重力大小相等木塊摩擦力受力分析,即f=G。
假如是勻速向下爬或勻速下降的時侯,磨擦力和重力大小還相等嗎?無論是靜止、勻速上爬,還是勻速下降,均屬于平衡狀態。所以,磨擦力與重力是一對平衡力,大小相等。
當你水平向左使勁推靜止在水平地面上的木架時,未推進。袋子遭到水平向左的推力和水平往右的磨擦力是一對平衡力,磨擦力大小等于推力大小,即f=F。
思維拓展
右圖是靜止在斜面上的物體A受力示意圖。請問,物體A遭到的磨擦力f和重力G是平衡力嗎?
答案肯定不是,起碼我們看見它們并沒有作用在同一條直線上。此時f<G。
這么,物體A在拉力F的作用下沿斜面向下做勻速直線運動時,所受的拉力F和磨擦力f是平衡力嗎?
答案也不是。由于,妨礙物體A向下運動的力不只有磨擦力,還有物體A所受的重力。物體A盡管處于平衡狀態,但卻是拉力、摩擦力、重力和支持力這四個力共同作用的療效。因為重力和支持力不在一條直線上,因而重力和支持力不是平衡力,所以,拉力和磨擦力也不是平衡力。此時,F>f。
待學完機械效率后,也可以從總功、有用功、額外功的角度剖析下來,或則到中學階段學習完力的分解以后,也可以解釋此時的拉力和磨擦力不是平衡力。
視頻:電梯上的人是否受磨擦力
看過視頻后,請判定隨水平傳送帶一起勻速運動的物體是否遭到磨擦力?
影響滑動磨擦力大小的誘因
探究方式
①將鐵塊置于水平長木板上,用彈簧測力計水平勻速帶動鐵塊,使鐵塊做勻速直線運動,此時的彈簧測力計示數就等于滑動磨擦力的大小;
②在鐵塊上放上砝碼,進而改變鐵塊對長木板的壓力,測出此種情況下的滑動磨擦力;
③換用材料相同但表面粗糙的長木板,改變接觸面粗糙程度,保持壓力不變,測出此種情況下的滑動磨擦力。
視頻:探究影響滑動磨擦力大小的誘因
由實驗可以看出:滑動磨擦力的大小跟壓力大小和接觸面粗糙程度有關。
接觸面粗糙程度一定時,壓力越大,滑動磨擦力越大;
壓力一定時,接觸面越粗糙,滑動磨擦力越大。
滑動磨擦力大小與接觸面積、物體運動速率無關。
練一練
①甲、乙兩圖是在探究滑動磨擦力大小與壓力大小是否有關;
②甲、丙兩圖是在探究滑動磨擦力大小與接觸面粗糙程度是否有關;
③甲、丁兩圖是在探究滑動磨擦力大小與接觸面積是否有關。
實驗改進
根據圖甲的方法檢測滑動磨擦力大小的時侯須要在水平木板上勻速帶動鐵塊,人手不是機器,帶動的時侯并不好操作,很難保證做勻速直線運動;又因為彈簧測力計是運動的,讀數時偏差會減小。通過上面的學習我們曉得,無論鐵塊如何運動,鐵塊和木板間的磨擦力是不變的。若果依照圖乙的形式檢測,除了彈簧測力計相對地面是靜止的,并且無論如何帶動下邊的木板都行。除了以便操作,還以便讀數。
磨擦的借助與避免
走路時,使我們前進的力是磨擦力,此時磨擦力屬于動力,對我們有用,設法減小它。假如沒有磨擦,我們將寸步難行、無法拿起任何東西……
磨擦力好多時侯又是有害的,此時磨擦力屬于阻力。機器工作時,運動部件間要形成磨擦。這些磨擦不但白白消耗動力,并且使機器銹蝕。這時就要設法減少磨擦。
視頻:減小減少磨擦的方式
減小磨擦
減小壓力:擦黑板時使勁;使勁捏車閘制動
使接觸面變粗糙:鞋頭、輪胎有花紋;結冰的橋面撒褐煤灰
減少磨擦
降低壓力:雪橇用密度小的材料制成
使接觸面變光滑:冰球聯賽中,不斷磨擦湖面而產生水膜,減少磨擦
變滑動為滾動:滾動軸承
使接觸面分離:加潤滑油、氣墊船、磁懸浮火車
如此好看,你還沒看過?