摩擦力的求法
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摩擦力的求法
求解物体所受的摩擦力,首先要弄清楚物体所受摩擦力的性质。即物体受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力。
所谓静摩擦力,就是物体和与它接触的物体保持相对静止时所受到的摩擦力。此力产生
的条件有四:○
1两个物体相互接触○2相互接触的物体之间有弹力○3接触面不光滑○4物体之间有相对滑动的趋势。
物体受到的静摩擦力是一个变力,它将随着外力的变化或随着物体运动状态的变化而变化。因此在计算物体所受到的静摩擦力大小时,要根据物体所处的不同状态利用不同的方法进行计算。
a) 如果物体处于静止或匀速直线运动状态,要根据共点力作用下物体的平衡条件进行求解。
b) 如果物体处于加速直线运动状态,则要根据牛顿第二定律进行求解。
例1、如图所示,放在水平地面上的物体在水平拉力F 作用下处于静止,则物体所受的摩擦力大小是多少?方向朝哪?
解:通过受力分析知:物体受到四个力的作用,重力;支持
力;拉力和摩擦力。根据共点力作用下物体的平衡条件知,
物体所受的摩擦力大小等于物体所受的拉力。即f = F
例2、如图所示,水平地面上的物体在斜向上与水平方
向成θ角的拉力作用下处于静止。求物体受到的摩擦力大小。
解:通过受力分析知,物体受到四个力的作用,重力;支持力;
拉力和摩擦力。由于物体处于静止状态,根据共点力作用下物
体的平衡条件知:⎩⎨⎧=+=G
F N f F θθsin cos 因此物体所受的摩擦力等于Fcos θ = f 。
如果物体和与它接触的物体保持相对静止,而一起作加速运动时,要根据牛顿第二定律进行求解。
例3、质量为m 的物体放在质量为M 的另一物体上,在光滑的水平
面上一起向右作匀加速直线运动,它们运动的加速度大小为a ,求质量为
m 的物体所受的摩擦力是多大?
解:分析m 的受力情况知,m 受到三个力的作用,重力;支持力;
摩擦力。
其中重力和支持力在竖直方向上是一对平衡力,大小相等;而物体所受
的静摩擦力才是物体作匀加速直线运动的原因,根据牛顿第二定律知:f = ma
例4、质量为m 的物体放在一水平转台上,距中心转轴的距离为r ,当物
体随转台一起以角速度ω匀速成转动时,求物体受到的摩擦力大小?
解:分析物体受力知,物体受到三个力的作用。重力;支持力;和指向圆心的摩擦力。重力和支持力在竖直方向是一对平衡力,大小相等。而物体受到静摩擦力才是物体产生向心
加速度的原因。根据牛顿第二定律知:r m f 2
ω=
应当注意的是,物体所受到的静摩擦力跟物体间的正压力没有关系。
滑动摩擦力,是指物体相对于和它接触的物体有相对滑动时,在接触面处
产生的摩擦力。滑动摩擦力的产生应具备四个条件:○
1两物体相接触○2相
与接触处有压力○
3接触处不光滑○4相互接触的两物体之间有相对滑动。 滑动摩擦力的大小,只与接触面的性质和正压力有关,一般情况下要根据公式N f μ=进行计算。公式中的μ称为滑动摩擦系数,它的大小与接触面的粗糙程度及软硬程度有关。而与接触面的面积大小及正压力的大小无关。N 是两个相互接触的物体间存在的正压力。
例5、放在水平地面上的物体质量为12kg ,在斜向上与水平方向成300角的拉力F = 100N 作用下,沿水平地面运动。若物体与水平地面间的动摩擦系数为0.2,求物体受到的摩擦力
大小。
解:分析物体的受力知:物体受到四个力的作用重力;支
持力;拉力和摩擦力。因为不知道物体在水平方向上是否作匀
速直线运动,故不能在水平方向上利用平衡条件。由于
G F N =+θsin 所以 N F G N 702
1100120sin =⨯-=-=θ 应当注意的是,当物体相对于静止的物体作匀速直线运动时,这时物体受到的摩擦力即可以根据物体的平衡条件求解,也可以根据滑动摩擦力的公式求解
例6、质量为m 的物体在倾角为θ的斜面上匀速下滑,求物体和斜面间的滑动摩擦系数 解:分析物体的受力知,物体受到三个力的作用,重力;支持力
和摩擦力。根据共点力作用下物体的平衡条件知:
由于物体沿斜面匀速下滑,物体所受的摩擦力也可以根据滑动
摩擦力的公式来求,即:
θμμsin mg N f == 因此 θμμθs i n c o s mg N mg ==
这是一个很重要的结论,如果θμtg ≥,轻放在斜面上的物体将静止的斜面上,具有平行于斜面向下的初速度时,物体将匀速或匀减速下滑,而θμtg ≤时,物体轻放在斜面上时,物体将匀速下滑或加速下滑。
例7、在斜向上与竖直方向成θ的恒力F 作用下,质量为m 的物体,沿竖直墙壁匀速滑动,已知物体与墙壁间的动摩擦因数为μ,求物体受到的滑动摩擦力大小。
解:这个题的答案形式较多,其一,由于物体沿竖直墙壁作匀速运动,因
此它受的滑动摩擦力即可以根据平衡条件来求解,也可以利用滑动摩擦力
的公式来求解。其二,由于不知道物体是匀速上滑还是匀速下滑,摩擦力
的方向就有两种情况,所以
当恒力F 较小时,物体沿墙壁下滑,受到墙壁的滑动摩擦力沿
墙壁向上,受力图如(1)所示,根据平衡条件知;
⎩⎨⎧==+θ
θsin cos F N mg F f 得 θc o s F mg f -= 又由于是 θμμs i n
F N f == 当F 较大,物体沿竖直墙壁上滑时,物体受到的滑动摩擦力
沿墙壁向下,受力图如图(2)根据平衡条件知;
⎩⎨⎧=+=θ
θsin cos F N f mg F 得 mg F f -=θcos 又由于是 θμμs i n
F N f ==