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        摩擦力探微

        2007-12-31 00:00:00孔祥舍
        物理教學(xué)探討 2007年10期

        在三種基本性質(zhì)的力當(dāng)中,摩擦力既是重點(diǎn),又是難點(diǎn),在學(xué)習(xí)過(guò)程中很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),對(duì)摩擦力的概念理解不透。為了解決在認(rèn)識(shí)上的一些誤區(qū),下面分別加以說(shuō)明:

        1受靜摩擦力的物體一定靜止嗎?

        物體是否受到靜摩擦力,與物體處于靜止還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有關(guān)系,關(guān)鍵是物體相對(duì)于其接觸的物體是否靜止,比如皮帶傳送機(jī)把貨物運(yùn)往高處,物體是運(yùn)動(dòng)的,但相對(duì)皮帶沒有滑動(dòng),受到的是靜摩擦力。其實(shí)生活中很多運(yùn)動(dòng)的物體都受到靜摩擦力的作用,一個(gè)人端著一杯水走路,杯子受到手的靜摩擦力;人走路時(shí)受到地面的靜摩擦力;站在起動(dòng)的火車上的人受到車廂底板的靜摩擦力;拔河比賽時(shí)受到的靜摩擦力等。

        2受滑動(dòng)摩擦力物體一定運(yùn)動(dòng)嗎?

        滑動(dòng)摩擦力一定是發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的物體之間,涉及到的兩個(gè)物體只要是相對(duì)運(yùn)動(dòng)就可以,所以可能其中有一個(gè)物體相對(duì)與參考系是靜止的。例如:在地面上去拉一張桌子,桌子被拉動(dòng),則桌子和地面之間存在滑動(dòng)摩擦力,雖然此時(shí)地面是靜止的。

        3摩擦力一定是阻力嗎?

        摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),而不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng),像上面實(shí)例中皮帶傳送機(jī)上的貨物,站在起動(dòng)的火車的人受到的靜摩擦力都是動(dòng)力,同時(shí)它阻礙了貨物相對(duì)皮帶、人相對(duì)車廂的滑動(dòng)。

        有些摩擦力阻礙物體的運(yùn)動(dòng),但也有一些摩擦力卻是物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)力。如人在加速跑步時(shí),汽車加速前進(jìn)時(shí),由于人的腳或車輪(主動(dòng)輪)與地面接觸時(shí)相對(duì)靜止,但有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),故地面給人的腳或車輪一個(gè)向前的靜摩擦力,這個(gè)靜摩擦力是使人或車加速前進(jìn)的動(dòng)力。

        不管是靜摩擦力還是動(dòng)摩擦力,都可以是阻力,也可以是動(dòng)力。

        4滑動(dòng)摩擦力的方向一定和運(yùn)動(dòng)方向相反嗎?

        滑動(dòng)摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反的例子是很多的,但這個(gè)說(shuō)法并不正確。如圖1,長(zhǎng)木板A上放一木塊B,當(dāng)A突然獲得速度向右運(yùn)動(dòng)時(shí),B也隨著向右運(yùn)動(dòng),同時(shí)B相對(duì)于A向左滑動(dòng)。顯然,B物體的運(yùn)動(dòng)方向是向右的,但它相對(duì)于A滑動(dòng)的方向卻是向左的,B受到滑動(dòng)摩擦力方向是向右的,與B的運(yùn)動(dòng)方向相同,應(yīng)明確的是“滑動(dòng)摩擦力的方向總是和物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反”。

        判斷摩擦力方向時(shí)一定要明確“相對(duì)”的含義。“相對(duì)”既不是“對(duì)”地,也不是“對(duì)”觀察者,“相對(duì)”的是跟它接觸的物體。

        5有外力作用才會(huì)有靜摩擦力嗎?

        產(chǎn)生摩擦力的原因是因?yàn)槲矬w受到不為零的沿接觸面方向的外力作用,這種情況確實(shí)存在。如圖2,用水平力F拉放在地面上的物塊,但未拉動(dòng),是因?yàn)槲飰K受到水平方向靜摩擦力的作用,但以此認(rèn)為沿接觸面的外力是產(chǎn)生靜摩擦力的前提條件卻是片面的、不科學(xué)的。如圖3,放在水平傳送帶上并與傳送帶保持相對(duì)靜止的貨物,在傳送帶加速時(shí)或減速時(shí),也會(huì)受到靜摩擦力的作用,其原因并不是貨物在水平方向上受到除靜摩擦力以外的其他外力的作用,而是因?yàn)樨浳锱c傳送帶間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)??梢?,相對(duì)接觸的物體要產(chǎn)生靜摩擦力,物體間必須具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),而這種\"相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)\"既可由外力產(chǎn)生,也可以是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而產(chǎn)生。

        6靜摩擦力一定比滑動(dòng)摩擦力小嗎?

        靜摩擦力的大小受外部條件的影響,當(dāng)外力情況變化時(shí)靜摩擦力也會(huì)相應(yīng)變化,它的大小介于0和最大靜摩擦力之間。而最大靜摩擦力比滑動(dòng)摩擦力稍大,因此,靜摩擦力不一定比滑動(dòng)摩擦力小。不過(guò)通常情況下取最大靜摩擦力等于其滑動(dòng)摩擦力。

        7靜摩擦力的方向一定與運(yùn)動(dòng)方向共線嗎?

        通過(guò)若干實(shí)例分析,似乎可得結(jié)論:靜摩擦力的方向可能與運(yùn)動(dòng)方向相同,也可能與運(yùn)動(dòng)方向相反,但與運(yùn)動(dòng)方向必共線。此結(jié)論是錯(cuò)誤的。如圖4,A、B共同向右加速時(shí),A對(duì)B的靜摩擦力方向豎直向下,與運(yùn)動(dòng)方向垂直。如圖5,A、B共同向右加速時(shí),A對(duì)B的靜摩擦力方向沿斜面向上、向下或?yàn)榱愣伎赡?,與運(yùn)動(dòng)方向都不共線。

        8靜摩擦力的判斷,一定只根據(jù)定義嗎?

        靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反,但“趨勢(shì)”不容易直接觀察到。我們可以假設(shè)接觸面光滑,讓其運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)方向既是“趨勢(shì)”方向,也可以根據(jù)所處的狀態(tài),根據(jù)平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律,計(jì)算出靜摩擦力來(lái)。

        9摩擦力一定越小越好嗎?

        摩擦力有不利的一面,例如一些轉(zhuǎn)動(dòng)裝置,總是希望摩擦力越小越好,為此,我們將這些部分做得很光滑,同時(shí)加上一些軸承以減小摩擦。由于靜摩擦力的存在,鞋子磨破,自行車輪胎的花紋也磨平了等等,似乎摩擦力越小越好。實(shí)際未必盡然,摩擦力也有有利的或不可缺少的一面,沒有鞋子和地面的摩擦力,我們就無(wú)法行走。

        摩擦力是個(gè)難點(diǎn),其實(shí)摩擦力也是一種力,也遵循力的一般規(guī)律,不能因?yàn)椤澳Σ痢倍:宋覀兊难劬?,也不能憑空設(shè)想而臆下斷言。

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