静摩擦角摩擦自锁现象
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自锁角度的推导自锁现象,指的是如果作用于物体的主动力的合力Q的作用线在摩擦角之内,则无论这个力怎样大,总有一个全反力R与之平衡,物体保持静止。
反之,如果主动力的合力Q的作用线在摩擦角之外,则无论这个力多么小,物体也不可能保持平衡。
这种与力大小无关而与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。
物体在这种条件下的平衡现象称之自锁现象。
摩擦角与自锁现象法向反力N与摩擦力F的合力R称为支持面对物体的全反力。
即摩擦力F达到最大值Fmax时,这时的夹角a也达到最大值b,把b称为摩擦角也称为自锁角。
第一种模型,物体在斜面上恰好(注意这个词)静止或者匀速下滑。
按照摩擦角的定义,我们首先可以把摩擦角计算出来,大家还是要记清楚,摩擦剂好是物体处于最大静摩擦力或者滑动摩擦力的时,支持力与全反力的夹角。
所以在这种模型下,沿着斜面方向,也就是沿着摩擦力的方向,我们可以有这个等式mgsinθ=f=μmgcosθ,所以μ=tanθ。
由此,我们可以得出以下几个结论一是摩擦系数恰好等于斜面倾角的正切值,二是如果构造一个恰好静止或者匀速下滑的模型,就可以通过测量斜面倾角正切值的方式来测量斜面摩擦系数,三是大家可以思考一下,如果在全反力的方向增加一个和他共线的向上或者向下的力,不管多大,都不会影响摩擦系数或者摩擦角,四是摩擦角在这个模型当中很显然与质量没有关系。
第二种模型,摩擦角可以用于解决部分四力平衡问题,这是基于全反力的方向永不变化而得来的。
由于有了全反力,我们就可以把部分四力平衡问题转化成三力平衡问题来解决。
所以在虑的三角形当中,我们就可以发现主动力F的角度发生变化,它的大小就会相应的发生改变,并且在垂直于全返利的方向,主动力F的大小最小。
所以当外力由水平变向竖直的过程当中,它的大小应该是先减小后增大。
1 摘要:自锁现象是力学中的一种特有现象,当自锁条件满足时,外力越大,物体保持静止的能力越强,这种现象在生产和生活中广泛存在,并根据自锁原理开发了大量的工具器械。
教学中要注意挖掘生活中鲜活的例子,有助于培养学生学习物理的兴趣。
力学中有一类现象称为“自锁现象”,利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具,广泛应用于工农业生产中,在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。
一、自锁(定)现象1.什么是自锁现象一个物体受静摩擦力作用而静止,当用外力试图使这个物体运动时,外力越大,物体被挤压的越紧,越不容易运动,即最大静摩擦力的保护能力越强,这种现象叫自锁(定)现象。
出现自锁现象的原因是,自锁条件满足时,最大静摩擦力会随外力的增大而同比例增大。
2.几种简单的自锁现象(1)水平面上的自锁现象如图1,重力为G 的物体,放置在粗糙的水平面上,当用适当大小的水平外力(如F 1)推它时,总可以使它动起来。
但当用竖直向下的力去推(如F 2),显然它不会动。
即使F 2的方向旋转一个小角度(如F 3),就算用再大的力它也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时(如F 4),才可能用适当的力将它推动,而小于这一角度,无论用多大的力都不可能推动它。
这一现象称为静力学中的“自锁现象”。
这是因为所施力的水平分力在增大的同时,正向下的压力也同比例的增大。
前者引起物体有运动趋势,后者提供最大静摩擦的条件保障。
满足什么条件才会发生自锁现象呢?这里先了解“摩擦角”概念。
当物体与支持面之间粗糙,一旦存在相对运动趋势,就会受静摩擦力作用,设最大静摩擦因数为μ(中学不要求最大静摩擦因数跟动摩擦因数的区别),则最大静摩擦力为f M =μF N 。
如图2中,水平面对物体的作用力F ′(支持力与静摩擦力的矢量和)与竖直方向的夹角α,满足μα==NF f tan 。
α称为摩擦角,无论支持力F N 如何变,α保持不变,其大小仅由摩擦因数决定。