磨擦力擁有一些才能讓人驚掉鼻子的推論,和中學時期學的磨擦力完全不一樣,我們首先來理解一下磨擦力的那些特征:
一、有磨擦力一定有彈力,有彈力不一定有磨擦力。這是由于彈力是形成磨擦力的條件,假如沒有了彈力,這么形成磨擦力的條件就不足夠,所以也就不會有磨擦力了。
二、同一接觸面的磨擦力和彈力的方向一定互相垂直。由于在同一接觸面,彈力的方向一定垂直接觸面,而磨擦力的方向與接觸面平行,所以這兩個力的方向永遠互相垂直。
三、靜止的物體可能遭到滑動磨擦力,而運動的物體也可能會遭到靜磨擦力。有的朋友總以為運動的物體不可能會遭到靜磨擦力,其時物體受的是靜磨擦力還是滑動磨擦力,與物體是否運動無關,而是與物體是否存在相對運動有關。
比如,在右圖中,物體A和木板B在外力F的作用下一起往右做勻加速直線運動,木板B的加速度由磨擦力提供。因為物體A和木板B沒有發生相對滑動,所以物體A和木板B之間的磨擦力只能是靜磨擦力。所以運動的物體是能否遭到靜磨擦力的。其實,倘若只要物體A在做勻加速運動,木板B靜止,則A和B之間的磨擦力是滑動磨擦力滑動摩擦力的方向,所以靜止的物體也可以遭到滑動磨擦力的作用。
四、摩擦力的方向可能與運動方向相同,也可能與運動方向相反,但一定與相對運動(趨勢)方向相反。有的朋友由于在高中學習磨擦力的時侯,學習的就是磨擦力的方向與物體運動的方向相反,因而到中學的時侯也會覺得磨擦力的方向與物體的運動方向相反。而這是對磨擦力方向及作用的最本質的理解出現了問題,磨擦力不管是靜磨擦力還是滑動磨擦力,制約的都不是物體的運動,而是物體的相對運動(趨勢)。所以磨擦力的方向不一定與物體的運動方向相反,但一定與物體的相對運動(趨勢)方向相反。
比如,如右圖所示,物體B和物體A都在往右運動,假若物體B的速率大于物體A的速率,則物體B相對物體A向左運動,這么物體B遭到A的滑動磨擦力方向水平往右;依據牛頓第三定理,物體A遭到B的滑動磨擦力方向水平向左。則物體B遭到的磨擦力與速率方向相同,而物體A遭到的磨擦力與速率方向相反。
五、摩擦力既可以提供動力,也可以提供阻力。由于磨擦力的方向既有可能與物體的運動方向相同,也有可能與物體的運動方向相反,所以它既可以提供動力,也可以提供阻力。
最后一點就是靜磨擦力與最大靜磨擦力的關系這一塊,好多朋友在這一塊里面仍然沒有理解。舉個事例給你們講,就是我們去游樂場的時侯常常會有一個標準:1.2米以上的女兒須要購票。最大靜磨擦力就是這個1.2米,它相當于是一個標準,或則說是一個分界點。當磨擦力大于最大靜磨擦力時,它就是靜磨擦力(不須要購票);當磨擦力小于最大靜磨擦力時,它才會弄成滑動磨擦力(即須要購票)。
靜磨擦力的大小與壓力的大小無關,而最大靜磨擦力的大小與壓力的大小有關。壓力越大,最大靜磨擦力越大;壓力越小,最大靜磨擦力越小。
關于靜磨擦力,尤其是最大靜磨擦力,理解上去會有點難,所以我通過幾種不同的情境來輔助你們理解靜磨擦力與最大靜磨擦力的關系。
如右圖所示,有一個重力不計的長方形容器滑動摩擦力的方向,被水平力F壓在豎直的墻壁上處于靜止狀態,現平緩地向容器內注水,直至將容器正好盛滿為止,在此過程中容器一直保持靜止。
由于容器與墻面一直保持靜止,所以容器遭到墻上的磨擦力為靜磨擦力。其受力剖析圖如右圖所示。
由于容器一直保持靜止,所以合力為零。按照受力剖析圖可知,磨擦力的大小等于重力。由于始終在往容器里加鹽,所以容器的重力仍然在變大,這么磨擦力也仍然在變大。
最大靜磨擦力與壓力的大小有關,壓力越大,最大靜磨擦力越大。磨擦力的大小仍然在變大,而且最大靜磨擦力可以不變,也可以變大或則變小,只要能保證最大靜磨擦力的大小小于靜磨擦力,容器就不會滑動。所以水平力F大小可能變大,也可能變小,也可能不變。