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1 # 費曼學習中心
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2 # 力學Nerd王小胖
摩擦力就像一個幽靈一樣,它的方向大小都不是一眼望穿的,非常具有迷惑性。但是,如果掌握了方法,那麼摩擦力就不再神秘,題主的問題也就迎刃而解。
1、靜摩擦所謂靜摩擦,是所兩個物體相對靜止時,接觸面的摩擦力。靜摩擦力的大小,很久以前就有人做過實驗了。靜摩擦力與外力有關:外力大,靜摩擦力也大,反之亦然。這是因為,由於物體處於靜止狀態,整體受力是平衡的,大小相等,方向相反。
但是,靜摩擦有個非常迷惑的地方。物體的相對靜止,並不是兩個物體整體都是相對靜止。一個非常容易理解的例子就是步行。當我們走路的時候,腳底踩在地面上,腳底與地面是相對靜止的,那麼兩者的摩擦力就是靜摩擦力。
對於上圖的純滾動,兩個圓接觸不打滑,很多人難以理解他們之間也是靜摩擦。雖然,圓在滾動,但是接觸的地方兩者是相對不動的(不打滑)。
所以,靜摩擦力的大小,完全是根據物體受力平衡計算出來的,根本不需要摩擦係數。但是,我們也知道,靜摩擦力有個最大值,這個最大值與物體有關,即靜摩擦係數有關。此時,物體是處於平衡的臨界位置。一旦平衡被打破,那麼摩擦力就不能按照靜摩擦來計算了。
2、動摩擦當物體平衡被打破的時候,摩擦力就是動摩擦力了。動摩擦情況相較於靜摩擦要簡單很多,因為其大小方向都是確定的。如下式,形式上其與最大靜摩擦力表示式一樣,主要是前面的係數不一樣。
3、摩擦力的變化無論是靜摩擦還是動摩擦,它的方向其實是確定的:摩擦力的方向與運動的方向或者運動趨勢的方向相反。大小計算則需根據情況分別計算,就像上面分析的一樣。
如果是動摩擦,你們動摩擦力與正壓力和動摩擦係數有關。動摩擦係數一般是不變的,那麼動摩擦力的大小,就與兩者的正壓力有關。壓力越大,動摩擦力也越大。也就是說,支撐力越小,動摩擦力也會越小。
如果是靜摩擦,那麼靜摩擦力與靜摩擦係數和正壓力無關。即,支撐力的大小變化,與靜摩擦力的大小變化沒有直接關聯。而是與物體的受力平衡有關。所以,這種情況下,靜摩擦力可大可小,這與外力的大小有關。
4、總結動摩擦情況下,摩擦力的大小與斜面支撐力正相關。而靜摩擦情況下,摩擦力的大小與斜面支撐力無關。
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3 # 物原愛牛毛1
這種情況是有可能出現的,公式f=μN說的是滑動摩擦力的大小(其中f為滑動摩擦力,μ為滑動摩擦係數,也就是題目所說的摩擦因子,對於兩個確定材料之間的摩擦係數是不變的,N為物體對平面的壓力,支援力是壓力N的反作用力),並不是靜摩擦力的大小。
咱先說一下滑動摩擦力的情況:從f=μN公式中可以看出滑動摩擦力f的大小與壓力N成正比,這個公式不僅適用於水平面的滑動,也適用於斜面的滑動。斜面比起水平面,只不過是物體對平面壓力N變小(當然對平面壓力的反作用力――對物體的支援力F支=N也就變小)而已,這是因為對平面產生壓力的物體重力mg有了一個順著斜面方向的分力G1,從而減小了對斜面垂直方向的壓力N,這樣根據f=μN,滑動摩擦力f也會變小,並且斜面角度θ越大,N越小(因為N=mgcosθ),f就越小,它的方向沿著斜面方向向斜上方。
以上是對滑動摩擦力在水平面和斜平面上的簡單分析,同一個物體在斜面上的滑動摩擦力是小於在水平面上的。哪靜摩擦力呢?下面我們再來看一下靜摩擦力的情況:所謂靜摩擦力是兩個相互接觸的物體,當其接觸表面之間有相對滑動趨勢,但尚保相對靜止時,彼此作用著阻礙相對滑動的力。從概念上可以看出靜摩擦力的產生必須具有滑動趨勢,換句話說,必須存在“外力”。靜摩擦力比較複雜,目前它沒有確定的公式,但是它存在一個最大值(Max),靜摩擦力的大小隨著對它的推力或拉力的增大而增大(數值在0到Max之間)。在水平面上,如果沒有對物體施加推力或拉力,那麼它受到的靜摩擦力為0;如果其他條件都不變,只是把水平面變成斜面,那麼它將受到靜摩擦力,方向為沿著斜面向斜上方,原因就是物體受到了一個沿著斜面向斜下方向的重力分力G1,這個重力分力相當於一個拉力,它的大小(mgsinθ)隨著斜面角度α的增大而增大,而物體受到的靜摩擦力也越來越大(直到F1增大到足以拉動物體瞬間,靜摩擦力也達到最大值(Max),之後靜摩擦力變為滑動摩擦力,數值迅速變小)。而垂直於斜面方向的另一個重力分力G2=cosθ卻越來越小,對斜面垂直方向的壓力N就越來越小,那麼壓力N的反作用力也越來越小。
由上分析可知:摩擦因數不變,物體在斜面上受到的支援力比在水平面上要小,而在斜面上受到的摩擦力相比在水平面上變大了。當然這個摩擦力指的應該是靜摩擦力,而非滑動摩擦力。由於最大靜摩擦力是大於滑動摩擦力的,因此在靜摩擦力達到最大值之前會一直增加變大。
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題主你好!
摩擦力分滑動摩擦力和靜摩擦力兩種,而二者計算大小的方法是不一樣的,注意區分:
1.滑動摩擦力大小與接觸面間彈力(即壓力)和接觸面粗糙程度(動摩擦因數)有關,大小等於動摩擦因數與彈力大小的乘積;
2.靜摩擦力大小是從零到最大靜摩擦力之間變化的,由平衡條件計算,只有最大靜摩擦力才等於最大靜摩擦因數與彈力乘積。
你之所以有這個疑惑,是因為在計算摩擦力大小時,要先區分是哪種摩擦,再根據不同方法計算大小,也就是說,在斜面上傾角變大時,彈力減小了,但只要相對斜面靜止,就要按靜摩擦力計算,而靜摩擦力大小與重力的下滑分量平衡,所以靜摩擦力會變大。
這樣解釋清楚了嗎?