第五章 摩擦-静力学篇
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摩擦力与静力学力的平衡与运动状态的探索摩擦力与静力学力是物体在运动中产生的两种相互作用力。
在许多日常生活和工业应用中,我们常常会遇到需要平衡这两种力以保持物体的稳定性或实现预期动作的情况。
本文将探讨摩擦力与静力学力之间的关系以及它们对物体的运动状态产生的影响和调节。
摩擦力是两个物体之间接触表面上产生的力,它的存在常常导致物体在运动过程中减速或停止。
摩擦力的大小与物体之间的接触面积、摩擦系数及施加在物体上的力的大小相关。
静力学力是物体受力平衡时的力,它包括对物体施加的垂直向下的重力以及垂直向上的支持力或正压力。
在静止状态下,当物体受到外力施加时,通过调节施加力的大小,我们可以平衡静力学力和摩擦力,使物体保持静止。
这种平衡的状态被称为静态平衡。
例如,当我们将书放在桌子上时,重力向下作用于书籍,而桌子提供的支持力向上抵消了重力。
此时,摩擦力阻碍了书籍下滑的运动,因此我们感觉到书籍是静止的。
然而,在某些情况下,当外力超过摩擦力和静力学力之和时,物体将开始运动。
这种平衡的状态被称为动态平衡。
例如,当我们推动一辆停放的自行车,刚开始由于摩擦力的作用,我们需要施加更大的外力才能克服静力学力和摩擦力。
一旦自行车开始运动,摩擦力的大小将减小,并且我们只需要施加相对较小的力来保持运动状态。
此外,摩擦力和静力学力也会对物体的运动状态产生影响。
在某些情况下,摩擦力可以使物体保持在平衡位置上,阻止其滑动或滚动。
例如,当我们将一个能滑动的方块放在斜坡上时,由于摩擦力的存在,方块将保持在原地不滑下斜坡。
这种摩擦力称为静摩擦力。
只有当我们施加足够大的外力超过静摩擦力时,这个方块才会开始滑动。
然而,在某些其他情况下,摩擦力会使物体产生运动,例如当我们将一个已经运动的方块推动到斜坡上时,摩擦力将加速方块下滑的速度。
这种摩擦力被称为动摩擦力。
在这种情况下,摩擦力不再是平衡物体的力,而是加速或减缓物体运动的力。
总的来说,摩擦力和静力学力之间的平衡与物体的运动状态密切相关。
第五章习题5-1 重为W=100N,与水平面间的摩擦因数f=0.3,(a)问当水平力P=10N时,物体受多大的摩擦力,(b)当P=30N时,物体受多大的摩擦力?(c)当P=50N时,物体受多大的摩擦力?5-2 判断下列图中两物体能否平衡?并问这两个物体所受的摩擦力的大小和方向。
已知:(a)物体重W=1000N,拉力P=200N,f=0.3;(b)物体重W=200N,拉力P=500N,f=0.3。
5-3 重为W的物体放在倾角为α的斜面上,物体与斜面间的摩擦角为ρ,且α>ρ。
如在物体上作用一力Q,此力与斜面平行。
试求能使物体保持平衡的力Qde 最大值和最小值。
5-4 在轴上作用一力偶,其力偶矩为m=-1000N.m,有一半径为r=25cm的制动轮装在轴上,制动轮与制动块间的摩擦因数f=0.25。
试问制动时,制动块对制动轮的压力N至少应为多大?5-5 两物块A和B重叠放在粗糙的水平面上,在上面的物块A的顶上作用一斜向的力P。
已知:A重1000N,B重2000N,A与B之间的摩擦因数f1=0.5,B与地面之间的摩擦因数f2=0.2。
问当P=600N时,是物块A相对物块B运动呢?还是A、B物块一起相对地面C运动?5-6 一夹板锤重500N,靠两滚轮与锤杆间的摩擦力提起。
已知摩擦因数f=0.4,试问当锤匀速上升时,每边应加正应力(或法向反力)为若干?5-7 尖劈顶重装置如图所示,重块与尖劈间的摩擦因数f(其他有滚珠处表示光滑)。
求:(1)顶住重物所需Q之值(P、α已知);(2)使重物不向上滑动所需Q。
注:在地质上按板块理论,太平洋板块向亚洲大陆斜插下去,在计算太平洋板块所需的力时,可取图示模型。
解:取整体∑Fy =0 FNA-P=0∴FNA=P当F<Q1时锲块A向右运动,图(b)力三角形如图(d)当F>Q2时锲块A向左运动,图(c)力三角形如图(e)5-8 图示为轧机的两个压辊,其直径均为d=50cm,两棍间的间隙a=0.5cm,两轧辊转动方向相反,如图上箭头所示。