胡靜怡

摘 要：在學(xué)習(xí)高中物理的過(guò)程中，很多同學(xué)對(duì)如何準(zhǔn)確判斷靜摩擦力是否存在的問(wèn)題顯得十分頭疼，其中對(duì)于判斷靜摩擦力是否存在的一項(xiàng)重要因素就是相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以說(shuō)，對(duì)靜摩擦力的準(zhǔn)確判斷問(wèn)題也即是對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的理解判斷問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；靜摩擦力；慣性；加速度

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）16-0237-02

眾所周知，如果不存在任何外力的影響，物體會(huì)一直保持原來(lái)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，如果之前是靜止?fàn)顟B(tài)的，則會(huì)永遠(yuǎn)靜止下去，如果之前是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，則會(huì)永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)[1]。在學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)的過(guò)程中，尤其是直線運(yùn)動(dòng)，研究的問(wèn)題里面通常都不是單一物體在地面運(yùn)動(dòng)，而是兩個(gè)或多個(gè)物體在地面滑動(dòng)，并且在多個(gè)物體相互滑動(dòng)的狀態(tài)下去計(jì)算其中的物理變量。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)有同學(xué)不太善于利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的思維去解決這類問(wèn)題，有些同學(xué)是不夠了解這種思維，有些同學(xué)則是了解卻不知道如何去利用，因此，筆者在此將自己在這方面的學(xué)習(xí)心得逐一剖析，希望為大家在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中提供一定的幫助。

1 “相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的正確理解

在高中物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，很多同學(xué)對(duì)靜摩擦力是否存在、怎么判定方向顯得特別苦惱，要想弄明白這一點(diǎn)，首先要正確理解相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的含義，因?yàn)橄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)對(duì)于靜摩擦力的分析判斷而言，有著非常關(guān)鍵性的作用。所以，對(duì)靜摩擦力的準(zhǔn)確理解判斷也可看作是對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的理解判斷問(wèn)題。

靜摩擦力主要體現(xiàn)在“靜”這個(gè)狀態(tài)，也就是指兩個(gè)相互接觸的物體沿著兩者之間接觸面的切向方向始終保持著相對(duì)靜止的狀態(tài)，它們?cè)谶@個(gè)方向上的相對(duì)速度也即是0；反之，如果不是靜止?fàn)顟B(tài)，那么它們之間存在的就是動(dòng)摩擦力。

相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)主要體現(xiàn)在“趨勢(shì)”這個(gè)狀態(tài)，也就是指想出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是實(shí)際上并沒(méi)有出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，并且是物體對(duì)地面一定是沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的。進(jìn)一步解釋應(yīng)該是：沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻是相對(duì)速度為0的時(shí)刻，想出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻則是相對(duì)速度不為0的時(shí)刻。結(jié)合加速度的概念進(jìn)行理解，也就是說(shuō)在想有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，這兩個(gè)物體一定石油相對(duì)加速度的存在，所以可以得知，相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)所要表示的就是物體的相對(duì)加速度，并且趨勢(shì)的大小與相對(duì)加速度的大小存在著正比關(guān)系。

2 靜摩擦力的判斷

從相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)加速度之間的關(guān)系我們可以得知：要想讓物體之間不存在趨勢(shì)，則只需要讓另外一個(gè)問(wèn)題具備上述所述的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加速度即可，因此，物體之間的就沒(méi)有了相對(duì)加速度，所謂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)自然也就不存在，而相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的不存在也就無(wú)法出現(xiàn)靜摩擦力。因此，可將相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)理解為相對(duì)加速度，并以相對(duì)加速度的有無(wú)去判定靜摩擦力的有無(wú)，不但準(zhǔn)確，還有一定的科學(xué)依據(jù)。

2.1 直接判斷法

如果我們研究問(wèn)題當(dāng)中的物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)已經(jīng)非常明顯，則可以根據(jù)“靜摩擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反”進(jìn)行直接的判斷，這也是判斷靜摩擦力方向最基本的方法。

例題：將A物體用垂直的力F按壓緊貼在豎直的墻面上，試問(wèn)物體A所受到的靜摩擦力的方向。

解析：物體A有著明顯沿著豎直墻面下滑的趨勢(shì)，但是沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，因此物體受到靜摩擦力的方向是向上的。

2.2 “假設(shè)法”判斷

假設(shè)物體接觸面完全光滑（或者想象物體之間的接觸面添加了一層潤(rùn)滑劑，讓物體的接觸面變得非常光滑），去判斷原本相對(duì)靜止且接觸的物體之間存不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，也就是觀察相互接觸的物體之間會(huì)不會(huì)因此發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，倘若發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)也就表明了該物體的靜止?fàn)顟B(tài)是存在運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的靜止?fàn)顟B(tài)，那么假設(shè)接觸面光滑之后物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，也就是物體靜止?fàn)顟B(tài)下相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向。所以，可以很快的判斷出靜摩擦力是否存在及其方向。

例題：在皮帶上傳送裝置中有主動(dòng)輪A與從動(dòng)輪B，傳動(dòng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍僭O(shè)皮帶不打滑），P和Q分別是兩輪邊緣的兩個(gè)點(diǎn)，兩輪軸心為O1和O2，當(dāng)P、Q、O1、O2在某一時(shí)刻都處于同一水平面時(shí)，下列關(guān)于靜摩擦力方向判斷正確的是哪個(gè)選項(xiàng)？

（1）P所受的靜摩擦力方向向上；

（2）P所受的靜摩擦力方向向下；

（3）Q所受的靜摩擦力方向向上；

（4）Q所受的靜摩擦力方向向下。

解析：運(yùn)用假設(shè)法去判斷，假設(shè)皮帶與主動(dòng)輪兩者接觸面非常光滑，那么主動(dòng)輪上面的P點(diǎn)相對(duì)皮帶上面的P，點(diǎn)會(huì)作出向下的運(yùn)動(dòng)，也就表明了主動(dòng)輪上的P點(diǎn)響度與皮帶上面的P，點(diǎn)存在向下運(yùn)動(dòng)的缺失，因此更加靜摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反的規(guī)律，說(shuō)明P點(diǎn)受到的靜摩擦力方向是向上，選擇A；同理可以證明C選項(xiàng)也是正確的，所以選擇AC。

2.3 用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷

當(dāng)物體處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，其靜摩擦力的方向該如何進(jìn)行判斷，我們應(yīng)該從物體速度發(fā)生變化的三種情況進(jìn)行分析：

（1）每一個(gè)物體都有繼續(xù)維持原先運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，通常稱之為慣性。物體會(huì)由于慣性的作用，保持前一刻的速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，如果后一刻的物體實(shí)際速度比物體慣性保持的前一刻速度更大，這說(shuō)明物體在做加速運(yùn)動(dòng)，也就表明物體有一個(gè)向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，物體所受到的靜摩擦力方向?yàn)橄蚯啊?/p>

（2）倘若物體后一刻的實(shí)際速度比物體前一刻速度要小，說(shuō)明物體在做減速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物體會(huì)受到慣性影響進(jìn)行保持前一刻的速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也就呈現(xiàn)出向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)受到的靜摩擦力方向?yàn)橄蚝蟆?/p>

（3）倘若物體后一刻的實(shí)際速度與物體前一刻速度相同，則說(shuō)明物體在做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，靜摩擦力自然也就不存在。

例題：放在卡車后面的木箱隨著卡車一起前進(jìn)，但是一直保持著相對(duì)靜止的狀態(tài)，出現(xiàn)下面幾種情況時(shí)靜摩擦力會(huì)否存在，若存在，方向如何？endprint

①卡車勻速向前運(yùn)動(dòng)；

②卡車以加速度a加速向前運(yùn)動(dòng)；

③卡車以加速度a減速向前運(yùn)動(dòng)。

解析：①當(dāng)卡車勻速向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)木箱同樣處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，木箱所受到的重力G與支持力N都處在豎直方向。正因?yàn)槟鞠涞氖芰ζ胶?，其豎直方向與水平方向的受力都應(yīng)該平衡，而木箱在水平方向沒(méi)有受力，則木箱沒(méi)有受到靜摩擦力的作用。

②當(dāng)卡車加速向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)慣性定律可以得知，木箱會(huì)保持原來(lái)的速度從而會(huì)出現(xiàn)向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，而木箱保持相對(duì)靜止，則說(shuō)明木箱在水平方向受到向前方向的力，這個(gè)力也就是卡車對(duì)木箱的靜摩擦力，此時(shí)靜摩擦力的方向是向前。

③當(dāng)卡車減速向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，同理可證，木箱會(huì)呈現(xiàn)出向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)木箱受到的靜摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，為水平向后。

3 相對(duì)加速度與靜摩擦力的關(guān)系

倘若兩個(gè)物體之間的相對(duì)加速度不為零的話，那么兩個(gè)物體之間一定有靜摩擦力的存在，相對(duì)加速度越大，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)也就越大，相應(yīng)的靜摩擦力也就越大[2]。

倘若兩個(gè)物體之間的相對(duì)速度為零的話，那么也就不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與靜摩擦力，同時(shí)我們需要注意的是，即便此時(shí)靜摩擦力為零，還是會(huì)出現(xiàn)兩種情況：（1）兩個(gè)物體之間的摩擦力因數(shù)為零。（2）如果兩個(gè)物體之間的摩擦力因數(shù)不為零，只要是它們之間的相對(duì)加速度為零，靜摩擦力仍然為零[3]。

所以說(shuō)，同學(xué)們可以根據(jù)相對(duì)加速度是否為零，去直接判斷靜摩擦力是否存在，這也是其中一個(gè)很好的辦法。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在研究摩擦力問(wèn)題時(shí)，要對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，而相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)之所以被稱為“趨勢(shì)”，也就表明其要?jiǎng)訁s不能動(dòng)的狀態(tài)，不能動(dòng)則正是由于靜摩擦力的存在，制約了相對(duì)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，使其僅僅表現(xiàn)為一個(gè)趨勢(shì)。所以，當(dāng)同學(xué)們?cè)诰毩?xí)或考試中遇到判斷靜摩擦力是否存在以及方向如何的問(wèn)題時(shí)，可結(jié)合上文講述的幾種方法沉著應(yīng)對(duì)。

參考文獻(xiàn)

[1]秦貴晨.關(guān)于靜摩擦力方向的判斷[J].學(xué)周刊，2014，（07）：179.

[2]劉耀華.靜摩擦力在物體運(yùn)動(dòng)中的變化分析[J].科技信息，2010，（21）：275.

[3]王翠萍.如何區(qū)分靜摩擦力和動(dòng)摩擦力[J].新高考：高一物理，2013（9）：25-26.endprint