靜摩擦
靜摩擦
靜摩擦:一個物體在另一個物體表面上具有相對運動趨勢時,但並沒有發生相對運動時,所受到的阻礙物體相對運動趨勢的力叫靜摩擦力。
靜摩擦
①接觸面是粗糙的;
②兩個物體互相接觸且相互間有作用力;
③物體間有相對運動的趨勢;
④兩個物體相對靜止。
①方向:靜摩擦的方向總是沿著接觸面,但當接觸面是曲面時,跟接觸面相切,並且跟物體相對運動趨勢方向相反。所謂的相對,是以施加摩擦力的施力物體為參考系的。
②相對運動趨勢的方向的判定:假設接觸面光滑沒有摩擦力,看物體的相對運動方向,由此判定相對運動趨勢的方向
見上圖裝置,逐漸水平運動起來,於是,物塊與桌面間的靜摩擦力不復存在。由上面的分析可知:
①最大靜摩擦力:靜摩擦力存在最大值,稱為最大靜摩擦力。它等於使物體剛要運動所需要的最小外力。
②靜摩擦力的大小不是一個定值,靜摩擦力隨實際情況而變,大小在零和最大靜摩擦力之間。其數值可由物體的運動狀態確定。最大靜摩擦力與接觸面壓力成正比,最大靜摩擦力隨壓力的增長而增長,隨壓力的減小而減小。
靜摩擦力是很常見的。如人走路就是受到向前的靜摩擦力的作用(人的腳跟相對於地面有向後的趨勢,腳跟一離地,沒有動力也就沒靜摩擦),如汽車的車輪,滾動摩擦實質上就是靜摩擦)靜摩擦力的大小隻能根據物體現在所處的運動狀態(平衡或是加速),由平衡條件和牛頓定律來求解,與正壓力無關(與最大靜摩擦力不同)。例如,拿在手中的瓶子、毛筆不會滑落,就是靜摩擦力作用的結果。能把線織成布,把布縫製成衣服,也是靠紗線之間的靜摩擦力的作用。靜摩擦力在生產技術中的應用也很多。例如,皮帶運輸機是靠貨物和傳送皮帶之間的靜摩擦力把貨物送往別處。還有,自行車、汽車主動輪與地面之間的摩擦力也屬於靜摩擦力,也就是說,滾動摩擦力也屬於靜摩擦力。
根據靜摩擦力產生的條件來判斷。這是分析靜摩擦力最直接、最基本的方法。
例1. 如圖1,在粗糙水平面上有一個三角形木塊,在它的兩個粗糙斜面上分別放有兩上質量為和的小木塊,。已知三角形木塊和兩個小木塊都是靜止的,試分析粗糙水平面對三角形木塊的摩擦力。
分析 三角形木塊和兩個小木塊都靜止,則可將三者看成一個整體,如圖2。整體在豎直方向受到重力和水平面的支持力作用,合力為零;在水平方向沒有受到其它力的作用,沒有相對於水平面運動的趨勢,因此粗糙水平面對三角形木塊沒有靜摩擦力。
靜摩擦
假設不存在靜摩擦力,分析物體將會發生怎樣的相對運動,從而確定靜摩擦力的作用效果。
例2. 如圖3,桿AB靜止地靠在直角牆上,牆的豎直部分光滑,水平部分粗糙,試分析桿受到的靜摩擦力。
靜摩擦
根據物體處於平衡狀態的條件來分析。
(1)利用共點力平衡條件:
例3. 如圖4,質量為m的物塊放在傾角為α的固定斜面上,物塊與斜面間的動摩擦因數為,物塊在一沿斜面向上的外力F作用下處於靜止狀態,求物塊和斜面間的摩擦力f。
分析 如圖5,物塊受到重力G、斜面的支持力N和外力F的作用。若物塊與斜面間有摩擦力,則為靜摩擦力。要確定物塊相對於斜面的運動趨勢,應先確定外力F與重力沿斜面的分力mgsinα的大小關係。由於F大小未知,利用共點力平衡條件討論如下:
①若,物塊與斜面間沒有相對運動趨勢,所以物塊和斜面間沒有摩擦力。
②若,物塊相對於斜面有向上的運動趨勢,斜面對物塊的靜摩擦力方向沿斜面向下,並且有,即
③若
。
(2)利用力矩平衡條件:
例4. 如圖6,不可伸長的輕繩將一個均勻的、重為G的球懸於豎直牆上的A點,球靜止,繩系在球上的C點。試分析球與豎直牆面間的靜摩擦力方向。
分析 分析球的受力如圖7。以球心為支點,合力矩為零。其中,重力G和支持力N均過球心,力矩為零,所以,靜摩擦力的力矩與繩子拉力的力矩大小相等、方向相反,因此B處的靜摩擦力方向一定豎直向上,產生逆時針方向力矩,與繩的拉力T產生的順時針力矩平衡。
例5. 如圖8,A、B兩物體疊放在固定的光滑斜面上共同下滑,求B受到的靜摩擦力。
分析 先以A、B整體為研究對象,因為斜面光滑,所以A、B共同下滑的加速度。
再以物體B為研究對象,它的加速度也為a。如圖9,將a沿水平方向和豎直方向分解為、。分析B的受力,由牛頓第二定律可知,重力與支持力的合力產生了豎直方向的加速度,而水平方向的加速度應由水平向左的靜摩擦力產生,所以方向向左。
例6. 如圖10,在力F的作用下,質量均為m的A、B兩物體均靜止,試分析A受到的靜摩擦力。
分析 直接隔離A很難分析其受力情況。可先隔離B,如圖11,可知A對B的靜摩擦力和B的重力是一對平衡力,即A對B的靜摩擦力,方向豎直向上。根據牛頓第三定律得,B對A的靜摩擦力 ,方向豎直向下,由於A處於平衡狀態,由平衡條件可知,A還受到牆對它的靜摩擦力,方向豎直向上。
小結靜摩擦力的分析方法多且活,要根據具體問題的特點選擇適當的方法。以上方法的運用往往不是獨立的,要注意聯繫和有機結合。