摩擦力剖析

2022-02-21 11:57:43 字數 4022 閱讀 9679

1. 定義:乙個物體在另乙個物體表面上相對滑動或有相對滑動趨勢時,要受到另乙個物體阻礙它相對滑動和相對滑動趨勢的力。相對滑動時叫滑動摩擦力,沒有相對滑動但有相對滑動趨勢時叫靜摩擦力。

2. 產生摩擦力的條件:

(1) 兩物體必須相互接觸 (2)兩物體必須有相互擠壓,即有彈力存在

(3)兩接觸面不光滑 (4)兩物體發生了相對滑動和有相對滑動的趨勢

3. 摩擦力的特點:是接觸力、是表面力、是被動力。

4. 摩擦力和彈力的關係:有摩擦力必存在彈力,有彈力不一定有摩擦力。

a.滑動摩擦力

1. 產生條件:①接觸面粗糙 ②有彈力作用 ③有相對運動

2. 方向:滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反。

滑動摩擦力的作用效果是阻礙物體間的相對運動(不是阻止物體間的相對運動,也不是阻礙物體的運動),而物體間相接觸時發生的相對運動一定是沿著接觸面進行的,因此摩擦力的方向一定與接觸面相切。總是和相對運動方向相反,並非總與物體運動方向相反。

注意:①「相對」是指相對接觸的物體,而不是別的物體,因此摩擦力

是兩個相互接觸的物體之間的問題,研究時不去考慮這兩個物體相對別的物體的運動情況。即研究某個物體所受摩擦力就看它和哪個物體接觸了,相對這個物體向哪個方向運動了,而不考慮也不涉及「第三者」的問題,比如相對地面是運動的還是靜止的都不去考慮,當然是與地面接觸又令當別論了。

即判斷滑動摩擦力方向是以和它接觸到施力物體為參照物

②受滑動摩擦力的物體可以是靜止的也可以是運動的。

③滑動摩擦力的方向跟物體運動的方向間不存在必然聯絡,跟物體間的相對運動方向才有必然聯絡。

④滑動摩擦力既可以充當動力,也可以充當阻力。

【例析】

3.大小:當乙個物體對地做勻速滑動,可以利用平衡求解,但絕大多數情況物體的運動狀態都不是勻速的。實驗表明:滑動摩擦力f和正壓力fn成正比(無論物體做什麼運動)。

即f ∝fn

寫為等式f= μ fn為比例係數

(1) 研究表明:比例係數μ的值取決於接觸面(如粗糙程度、乾濕程度等),與兩個物體間的壓力及是否發生相對滑動無關。根據物理特點把比例係數μ叫動摩擦因數

(2) μ沒有單位,且μ<1 。

(3) f= μ fn 為決定式,滑動摩擦力的大小與物體間相對運動的速度大小、接觸面積等無關。只要出現相對滑動,滑動摩擦力恒為 f= μ fn 。

【例析】1.如圖所示,木塊與水平面間的滑動摩擦力大小為重力的0.1倍,木塊的質量為2kg。

在木塊向右運動的過程中,還受到乙個水平向左的大小為10n的拉力的作用,則木塊受到的滑動摩擦力大小為方向地面所受滑動摩擦力方向g取10n/kg)

2.如圖所示,c是水平地面,a、b是兩個長方形木塊,f是作用在物體b上沿水平方向的力,物塊以相同的速度作勻速直線運動。由此可知,a、b間的動摩擦因數μ1和b、c間的動摩擦因數μ2有可能是

a.μ1=0 μ2=0 b.μ1=0 μ2 ≠0

c.μ1≠0 μ2=0 d.μ1≠0 μ2≠0

3. 如圖所示,讓小物體在曲面上某點由靜止開始滑下,當水平的傳送帶不動時,小物體p從傳送帶的左端a滑到右端b用時t1;讓小物體從曲面的同一點由靜止開始滑下,傳送帶逆時針轉動時,小物體p從傳送帶的左端a滑到右端b用時t2;則( )

a.t1<t2 b.t1=t2c.t1>t2 d.無法確定

b.靜摩擦力

1. 產生條件:①接觸面粗糙 ②有彈力作用 ③有相對運動趨勢

說明:①兩物體相對靜止,但欲發生相對運動。即相對運動是一種沒有實現的企圖,被靜摩擦力「阻止」成了相對運動趨勢。

②靜摩擦力是被動力。有外力存在或運動狀態的改變是靜摩擦力存在地前提 ③不是只有靜止的物體才受靜摩擦力作用。

④滑動摩擦力既可以充當動力,也可以充當阻力。

2. 斷有無的方法:

((1)可根據靜摩擦力的產生條件

(2)用假設法結合平衡或運動狀態改變分析。①可以假設接觸面光滑,將會出現什麼結果,與題設矛盾與否進行判斷 ②假設該力存在,看將會出現什麼結果,與題設矛盾與否進行判斷

3. 靜摩擦力的方向:沿接觸面與物體間相對運動趨勢方向相反。

注意:①「相對」是指相對接觸的物體,而跟不與它接觸的「第三者」物體無關,只是和物體的相對運動趨勢方向相反,和物體的運動方向沒有直接聯絡。

例如右端左圖所示,a、b兩個物體在外

界作用下一起沿圖示箭頭方向運動。圖中的a物體受到b物體的靜摩擦力是和它的運動方向垂直的。

②受靜摩擦力的物體可以是靜止的也可以是運動的。

如右端右圖所示,物體隨傳送帶一起向高處運動時,物體受到傳送帶的摩擦力就是靜摩擦力。

4. 靜摩擦力特點:

①靜摩擦力存在最大值―――稱為最大靜摩擦力

②靜摩擦力是被動力。決定於產生它的那個外因,並且應需要而產生

0<ff≤ff最大

5.靜摩擦力的大小:

靜摩擦力是被動力,其大小決定於使它產生相對運動趨勢的「外因」。

(1) 物體處於平衡狀態:靜摩擦力等於其它力的合力。其它力的合力發生變化時,靜摩擦力也隨之改變,但只是在0<ff≤ff最大範圍內,此時靜摩擦力與正壓力無關。

(2) 物體處於非平衡狀態:依運動狀態的改變求解。(暫不去研究)

(3) 最大靜摩擦力:是靜摩擦力的最大值,最大靜摩擦力略大於滑動摩擦力。如果不是刻意研究兩者的區別,近似認為相等。

注意:當靜摩擦力未達到最大值時,靜摩擦力與正壓力無關,而最大靜摩擦力的大小與正壓力成正比。

【例析】1.用水平推力f把重為g的黑板擦緊壓在豎直的黑板上靜止不動,不計手和板擦之間的摩擦力,當把推力增加到2f時,黑板擦所受的摩擦力是原來的幾倍?

2.重為400n的木箱放在水平地面上,木箱與地面間的最大靜摩擦力是120n,動摩擦因數是0.25,如果分別用70n和150n的水平力推木箱,求木箱受到的摩擦力分別是多少?

c.流體的阻力

1. 流體:氣體和液體都具有流動性,統稱為流體。

2. 流體阻力:物體在流體中運動時,要受到流體的阻力,阻力方向與物體相對流體運動的方向相反。

3. 影響流體阻力的因素:

(1) 物體相對流體的速度的大小。速度越大阻力越大。

(2) 物體的橫截面積。橫截面積越大,阻力越大。

(3) 流體阻力還和物體的形狀有關。流線型的阻力小。

注:空氣的阻力比液體阻力、固體阻力小。

訓練題:

1. 質量分別為ma、mb的兩物體疊放在一起,a、b間的動摩擦因數為μ,對a施以水平力f時,在下列情況下a、b間的摩擦力各多大?

(1)a、b一起向右運動(2)a、b都靜止(3)a在b上滑動(4)a在b滑動,在a伸出b五分之一時。

2.用手握住重20n的墩布的柄,保持木柄豎直並靜止不動,當手的握力由40n增大到80n時,手對木柄的摩擦力( )

a.減小為原來的一半 b.保持不變 c.增大為原來的二倍 d.不能確定

3.讓一重20n的木棍保持豎直在手中下滑,已知手和木棍間的動摩擦因數為0.25,則當手的握力分別為20n、200n時手對木棍的摩擦力分別多大

4.如圖所示,重為50n的物體放於水平面上,若物體和水平面間的動摩擦因數為0.5,當物體受到f=20n水平力作用時,物體受到水平面的摩擦力多大?

5.如圖所示,物體a和b及b和地面間的動摩擦因數均為0.5,兩物體的重力均為20n,它們原來都靜止。現在對b物體施以f=10n的水平外力時,(1)b受到地面的摩擦力多大?

a受到b的摩擦力多大?(2)如對b所施加的外力f為20n,那麼b受到地面的摩擦力多大?

6.如圖所示,物體a的質量為m,物體b的質量為m,此時系統恰好勻速運動。假若在b物體的下面再掛乙個質量為δm的物體,要仍使系統做勻速運動,就要在a上加乙個質量為δm的物體,試求δm=?

7.用彈簧測力計測定乙個木塊a和木塊b間的動摩擦因數μ,有圖示的兩種裝置,若a、b的重力分別為100n和150n。當物體a被拉動時,甲圖中彈簧測力計的示數為60n,乙圖中彈簧測力計的示數為50n,則採用甲圖中裝置的資料獲得採用乙圖中裝置的資料獲得你認為哪個結果正確?

為什麼?

8.如圖所示,有黑白兩條毛巾交替摺疊地放在地面上,白毛巾的中部用線與牆壁連線著,黑毛巾的中部用線拉住,設線均呈水平。欲將黑白毛巾分離開來,若每條毛巾的質量均為m,毛巾之間及其跟地面間的動摩擦因數均為μ,則將黑毛巾勻速拉出需加的水平力為多少?

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