磨擦力
兩個互相接觸的物體,當它們對運動或具有相對運動的趨勢時,都會在接觸面上形成制約相對運動或相對運動趨勢的力。
形成的條件
①接觸面粗糙
②接觸且擠壓
③接觸面間有相對運動(或相對運動趨勢)
方向
①靜磨擦力的方向總跟接觸面相切,并與相對運動趨勢方向相反。
②滑動磨擦力的方向總跟接觸面相切,并與相對運動方向相反。
注意
(1)“與相對運動方向相反”不能等同于“與運動方向相反”。
滑動磨擦力方向可能與運動方向相同摩擦力做功的公式,可能與運動方向相反,可能與運動方向成一傾角。
(2)滑動磨擦力可能起動力作用,也可能起阻力作用。
磨擦力的大小
①靜磨擦力
靜磨擦力隨拉力的變化而變化,但是F靜=F。
當拉力減小到某一值時侯,物體就要滑動摩擦力做功的公式,此時靜磨擦力達到最大值,我們把Fmax稱為最大靜磨擦力。
最大靜磨擦力略小于滑動磨擦力。
靜磨擦力的取值范圍:0<f≤Fmax
②滑動磨擦力
當一個物體在另一個物體表面滑動時,會遭到另一個物體制約它滑動的力,這些力稱作滑動磨擦力
方向:順著接觸面,而且跟物體的相對運動的方向相反。
大小:滑動磨擦力跟壓力成反比,也就是兩個物體表面間的垂直斥力成反比。
公式:F=μFN
μ叫動磨擦質數,它與互相接觸的兩個物體的材料有關,還與接觸面的情況(粗糙程度等)有關。
注意
①FN表示兩物體表面間的壓力,性質上屬于彈力,不是重力,更多的情況需結合運動情況與平衡條件加以確定。
②μ與接觸面的材料、接觸面的情況有關。
③滑動磨擦力大小,與相對運動的速率大小無關。
③滾動磨擦
一個物體在另一個物體表面上滾動時形成的磨擦。當壓力相同時,滾動磨擦比滑動磨擦小好多。
磨擦力的療效
總是制約物體間的相對運動(或相對運動趨勢),但并不總是制約物體的運動,可能是動力,也可能是阻力。
說明:滑動磨擦力的大小與接觸面的大小、物體運動的速率和加速度無關,只由動磨擦質數和正壓力兩個誘因決定,而動磨擦質數由兩接觸面材料的性質和粗糙程度有關。
靜磨擦力做功的特征
1、靜磨擦力可以做正功,也可以做負功,還可以不做功。
2、在靜磨擦力做功的過程中,只有機械能的互相轉移(靜磨擦力起著傳遞機械能的作用),而沒有機械能轉化為其他方式的能。
3、相互作用的系統內,一對靜磨擦力所做功的代數和總為零。
滑動磨擦力做功的特征
1、滑動磨擦力可以不做功
若相對運動的兩物體之一對地面靜止,則滑動磨擦力對該物體不做功。
2、滑動磨擦力可以做正功
如:客車車箱內放一木架,客車忽然加速,木架相對卡車向后滑動,但相對地面向前運動,則客車對木架的滑動磨擦力做正功。
3、滑動磨擦力可以做負功
如:客車車箱內放一木架,客車忽然加速,木架相對卡車向后滑動,但相對地面向前運動,則木架對客車的滑動磨擦力對客車做負功。
4、相互作用的系統內,一對滑動磨擦力所做的功總不為零,其絕對值恰等于滑動磨擦力與相對位移的乘積,即等于系統損失的機械能。
5、一對滑動磨擦力做功的過程中,能量的轉化有兩種情況:
一是互相磨擦的物體之間機械能的轉移;
二是機械能轉化為內能,轉化為內能的量值等于滑動磨擦力與相對位移的乘積。
斜面上磨擦力做功的特征
模型:單個物體在斜面上滑動,不受其它外力作用時,滑動磨擦力做功Wf=-μGx(x為物體運動的水平位移)。
特征:
①一個物體在斜面上滑動;
②FN=mgcosα;
③摩擦力為阻力;
④摩擦阻力做功為Wf=-μGx(x為物體運動的水平位移);
⑤μ=h/X
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