关于滑动摩擦力与弹力的一个有用结论

时间:2022-06-27 12:05:27

由滑动摩擦力的计算公式Ff=μFN可知,滑动摩擦力的大小与正压力成正比,即与两接触面间的弹力成正比.其中μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料和粗糙程度有关,两物体确定,则μ就确定.我们又知道摩擦力总是沿接触面,而弹力总是垂直于接触面,故摩擦力与弹力总是垂直的.

现在我们来研究一下滑动摩擦力与弹力的合力.如图,一物块在粗糙水平面上向右滑行,其受力如图,由图作平行四边行求Ff和FN的合力,合力与FN的夹角θ满足:tanθ=■=μ,无论FN怎样变化,增大或减小,tanθ始终等于μ,即合力 F 的方向始终不变.当FN增大, Ff也增大,F也增大,但与FN的夹角不变;当FN减小,Ff也减小,F也减小,其与FN的夹角不变,即合力 F的方向始终不变.根据以上分析可得如下结论:

滑动摩擦力与其接触面间的弹力的合力的方向是确定的,不随FN的改变而改变,始终有tanθ=μ.此结论用于解决力学问题简单方便.

例1:水平地面上有一木箱,其与地面间的动摩擦因数为μ.现对木箱施加一拉力 F ,使其做匀速直线运动,设力 F 的方向与水平面夹角为θ,如图1:在θ从0°逐渐增大到90°的过程中,木箱的速度保持不变,则:

A、F先减小后增大

B、F一直增大

C、F的功率减小

D、F的功率不变

解析:对物体受力分析如图2:设FN、Ff的合力为FN,其与FN的夹角为α,则tanα=μ,当 F变化,FN、Ff大小变化,但 方向始终不变,故可把物体等效于受三个力 G、F 、FNf,作三力的矢量三角形,如图,由图知F先减小后增大,A正确,B错误.又由图知FNf一直减小,其功率PNf =FNf・v・cosα一直减小,故F的功率也一直减小,C正确D错误.

答案:AC

例2:如图3:放在水平地面上斜面体质量为M,一质量为m的物块恰能沿斜面匀速下滑,若对物块施以水平向右的拉力F,物块m仍能沿斜面运动,则以下判断正确的是:( )

A、物块m将沿斜面匀速下滑

B、物块m将沿斜面加速下滑

C、地面对斜面体M有向左的摩擦力

D、地面对斜面体M的支持力等于(M+m)g

解析:物块沿斜面匀速下滑,则支持力和摩擦力的合力竖直向上,大小等于mg.加上水平向右的拉力后,FN减小, Ff减小,但其合力方向不变,仍竖直向上,大小减小,故其与F、mg的合力沿斜面向下,物块沿斜面向下做加速运动,A错B对.对斜面体分析,物块对斜面体的压力和摩擦力都减小,它们的合力减小,但合力方向仍竖直向下,故地面对其没有摩擦力,支持力小于总重力(m+m)g,C、D错误.

答案:B

例3:如图4:斜面体A静止放置在水平地面上,质量为m的物体B在外力F(水平向右)的作用下匀速运动.此时,斜面体受到的地面的静摩擦力方向向左.则下列说法正确的是:

A.若撤去力F,物体B继续沿斜面向下匀速运动

B.若撤去力F,在物体B继续沿斜面向下运动的过程中,A所受的地面的摩擦力一定变小.

C.若撤去力F,在物体B继续沿斜面向下运动的过程中,A所受的地面的摩擦力可能为零.

D.若撤去力F,在物体B继续沿斜面向下运动的过程中,A所受的地面的摩擦力可能向右.

解析:对于B物体,根据平衡条件可得:

mgsinθ-Fcosθ=μ(mgcosθ+Fsinθ)

解得:μ=

所以若撤去力F,物体B继续沿斜面向下运动,A错;撤去力F以后,物体B对斜面体的压力和摩擦力同比例减小,所以B对斜面体的作用力大小减小,方向不变,对斜面体运用平衡条件可知:物体B仍斜向下运动的过程中,A所受的地面的摩擦力一定变小,但不为零,且方向不变,所以B正确,C、D错误.

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