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走出摩擦力认识的误区 天津市海河中学 金 倩 摩擦力是力学研究中经常遇到的一种力，它是在互相接触并且接触面不光滑的两个物体之间产生的。当一个物体在另一个物体的表面上有相对运动或有相对运动的趋势时，就会受到另一个物体阻碍它相对运动或相对运动趋势的力，这个阻碍它相对运动或相对运动趋势的力就是摩擦力。摩擦力的产生必须同时具备以下三个条件：①两物体直接接触且有相互作用的弹力；②两接触面均粗糙；③物体间有相对运动或相对运动趋势。 同学们在初学摩擦力时，常产生一些认识上的误区，下面一一加以澄清。 误区一：摩擦力的方向总与物体的运动方向相反 由于摩擦力总是阻碍物体的相对运动（或相对运动的趋势），故摩擦力的方向跟物体的相对运动（或相对运动的趋势）的方向相反。在判断摩擦力的方向时一定要明确“相对”的含义。“相对”既不是“对”地，也不是“对”观察者，“相对”的是与它接触的物体，即“相对运动（或相对运动的趋势）的方向”是以相互摩擦的另外一个物体作为参照物所确定的。而“物体的运动方向”是以地面或相对地面静止的物体作为参照物确定的。 当然，平时所接触到的摩擦力的方向与物体的运动方向相反的例子很多。比如：人拉着小车在平直公路上向前运动时，车受到的摩擦力方向向后，与小车的运动方向相反，但这并不能得到摩擦力的方向一定跟物体的运动方向相反的结论。不要把“物体的相对运动方向”与“物体的运动方向”等同起来。比如：一人匀速向上爬竿，假想接触面光滑，人相对竿有向下滑动的趋势，此时物体受到的静摩擦力的方向与人的运动方向相同。 例1．如图1所示，传送带把货物从低处运输到高处（假定货物在传送带上不打滑），试判断货物是否受摩擦力，如果受到摩擦力，那么方向如何？  图1 分析：货物在重力作用下有相对于传送带向下运动的趋势，此时货物受到的摩擦力的方向沿传送带向上，与货物的运动方向相同。 误区二：静止物体只能受到静摩擦力，运动物体只能受到滑动摩擦力 摩擦力发生在相互接触并挤压的两个不光滑的物体之间。如果两物体之间存在相对运动，则有相互作用的滑动摩擦力；如果这两个物体相对静止，并存在相对运动趋势，则两物体间有相对作用的静摩擦力。这里所指的“相对运动”是两个接触物体之间，一个物体相对另一个物体有位置的变化，并非相对地面的运动。人们通常所说的静止或运动都是相对地面而言的，而相对静止则是特定的两个物体之间位置不变。 静止的物体可以受到静摩擦力的作用，如图2，静止在水平地面上的物体受到F的作用但仍然静止，物体受到静摩擦力；一个物体相对于另一个物体静止,但不一定相对地面也是静止的。如例1中的传送带上的货物相对传送带是静止的，货物受到传送带对它的静摩擦力，但货物相对地面而言是运动的，所以静摩擦力关键是看相互作用的两个物体是否是相对静止，而不是看此物体是运动还是静止。由此可知运动的物体也可能受到静摩擦力的作用。 运动的物体可能受到滑动摩擦力的作用，如水平地面上在滑行的物体受到地面对它的滑动摩擦力；而静止的物体也可能受到滑动摩擦力的作用。如图3，在水平实验桌面上将木板用线拉住，通过弹簧测力计沿木板方向水平拉木块，使木块在木板上面滑动。木块相对木板滑动受到木板对它的滑动摩擦力，物体间力的作用是相互的，木板对木块有滑动摩擦力，同样木块对木板也有滑动摩擦力，但木板却相对地面是静止的，由此可知静止的物体也可能受到滑动摩擦力的作用。   误区三：摩擦力总是阻力 所谓动力和阻力，是从力的作用效果来命名的。如果物体受到的力的方向与该物体运动的方向相同，则该力为动力；如果物体受到的力的方向与该物体运动的方向相反，则该力为阻力。如在图3中木块受到的滑动摩擦力与它的运动方向相反，是阻碍物体运动的力，但有时摩擦力也是动力，如例1中货物受到的静摩擦力沿斜面向上，与物体的运动方向相同，是使货物能向上运动的动力，再如人行走时，人与地面间的摩擦力对人来说也是动力。 例2．如图所示，有一水平的粗糙皮带传动装置，皮带始终匀速转动，在皮带上轻轻放一个物体，此时物体是否受到摩擦力，如果受到摩擦力那么方向如何？  分析：轻轻放上物体，可认为物体对地速度为0放在皮带上，那么物体肯定会相对皮带向左滑动，此时物体受到滑动摩擦力，且方向水平向右。 误区四：静止的物体不受摩擦力，运动的物体一定受摩擦力 物体是否受摩擦力，与物体处于静止状态或运动状态没有直接的关系。关键是看物体相对于与其接触的物体是否有相对运动或有相对运动的趋势。 例3．如图4，放在斜面上静止的物体是否受摩擦力？  分析：放在斜面上静止的物体，在自身重力的作用下有相对于斜面下滑的趋势，所以受到斜面给它的一个沿斜面向上的摩擦力。假定物体不受摩擦力，物体必然在重力的作用下沿斜面向下运动，而不再处于静止状态。 例4．如图5所示，A、B两物体叠放在一起，在如图拉力F的作用下一起向右做匀速直线运动，试判断B物体是否受摩擦力？  分析：假定B物体受到A物体给它的摩擦力，那么B物体在水平方向上的合力必不为零，而力是改变物体运动状态的原因，所以B物体的运动状态必然会发生改变而不再做匀速直线运动了，故B物体不受摩擦力。 由上面例3和例4可知，静止的物体可以受到摩擦力，运动的物体也可以不受摩擦力。故一定要摒弃由日常经验带来的表象认识，一定要具体问题具体分析，否则就会得到错误的结论。 练习：在例2中，轻轻放在皮带上的物体会一直受到皮带对它的水平向右的滑动摩擦力吗？答案：物体刚被放在皮带上时，会在这个滑动摩擦力的作用下由静止开始加速，当物体与皮带达到共同速度时，二者的接触面虽粗糙然，物体对接触面也有压力，但由于达共同速度时二者相对静止，没有相对运动或相对运动的趋势，因此达到共同速度时二者之间没有摩擦力，之后物体与皮带一起匀速运动。 误区五：物体对接触面的压力越大，摩擦力越大 由实验现象可知，接触面的粗糙程度一定时，物体对接触面的压力越大，受到的滑动摩擦力就越大，但静摩擦力的大小应根据物体的实际受力情况和实际运动状态，利用平衡条件来确定。例如：用手握紧瓶子，使其在空中处于静止状态，即使逐渐增大手对瓶子的压力，但对瓶子的静摩擦力大小总是等于物体重力的大小，所以与手对所握物体压力大小无关。 例5．用一水平力F将重G=10N的物体A压在墙上，使其静止，当F的大小由5N逐渐增大到20N时，墙对A的摩擦力大小如何变化？   分析：首先对物体受力分析，物体受到四个力的作用，分别是竖直向下的重力，墙对物体的摩擦力，水平方向的力F和墙对物体的支持力。由于物体处于静止状态，所以f=G=10N，而与水平方向的F大小无关，只要物体处于静止状态，无论F大小如何变化，墙对物体的摩擦力大小始终等于物体的重力大小。 误区六：接触接触面积越大，滑动摩擦力越大 滑动摩擦力只与两个因素有关，即接触面的粗糙程度和物体对接触面的压力大小，而与物体运动状态和物体接触面积大小无关。滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关是因为接触面积的大小并不能改变接触面的粗糙程度和两个物体间的压力FN，故两物体间的滑动摩擦力大小不随接触面积的大小而改变。 例6．如图6，长方体物体在F作用下沿水平地面匀速直线运动，此时物体受到的摩擦力大小是多少？若将物体侧放，使物体仍然在F的作用下在地面上匀速直线运动，物体受到的摩擦力大小又是多少牛顿？  分析：在两种情况下物体都在水平面上匀速直线运动，因此根据二力平衡条件，两种情况均是f=F=9N，与物体与地面的接触面积大小无关。 误区七：摩擦力一定越小越好 摩擦力有不利的一面，例如一些转动装置，总是希望摩擦力越小越好，为此我们将这些部分做得很光滑，同时加上一些轴承以减少摩擦，由于静摩擦力的存在，鞋子磨破，自行车轮胎的花纹也磨平了等等。似乎，摩擦力越小越好，实际未必尽然，摩擦力也有有利的或不可缺少的一面，没有鞋子和地面的摩擦力，我们就无法行走。 摩擦力虽然是个难点，但其实摩擦力也是一种力，也遵循力的一般规律，不能因为“摩擦”而模糊了我们的眼睛，也不能凭空设想而臆下断言。 (责任编辑：admin) |