摩擦力作功问题

摩擦力作功问题摩擦力作功问题 怎样分析和计算摩擦力 解答 答 在计算摩擦力大小之前 必须首先分析物体的运动情况 判明是静摩擦力还是滑动摩 擦力 如果是滑动摩擦力 可用公式 f N 计算 式中的 是摩擦系数 如果是静摩 擦力 则一般根据物体的运动情况 静止 匀速运动 或变速运动 利用平衡条件或运动 定律列方程求解 判定滑动摩擦力的方向一定要把握 滑动摩擦力的方向与物体相对运动方向相反 这一判 定依据 具体做法是 先选择受摩擦力的物体为研究对象 再以与这个研究对象直接接触 的物体为参照物 找出研究对象相对于参照物的速度方向 那么 滑动摩擦力的方向就与 该相对速度的方向相反 判断静摩擦力方向的依据是 静摩擦力的方向总是跟接触面相切 且跟物体相对运动趋 势的方向相反 具体做法是 首先选择受静摩擦力的物体为研究对象 再选与这个研究对 象相接触的物体为参照物 然后假设接触面光滑 来判断研究对象相对参照物的速度方向 即相对运动趋势方向 那么 静摩擦力的方向就与相对运动趋势的方向相反 常见问题 2 如何正确判断摩擦力的方向 问题 如何正确判断摩擦力的方向 解答 答 摩擦力是阻碍物体相对运动的力 有些同学就把理解摩擦力的方向为与物体运动的方 向相反 其实是不对的 严格地讲 摩擦力的方向是和物体相对运动趋势的方向相反 常见问题 3 火车头能做得轻便些吗 问题 火车头能做得轻便些吗 解答 这可不行 原因倒不是因为材料和技术不允许 而是 火车头一旦做的轻了 它对后 面车厢的拉力就会明显减少 火车头对车厢的拉力来源于火车车轮和铁轨之间的摩擦力 当火车前进时 车轮向后推铁 轨 铁轨反过来向前推车轮 这个相互推的力产生在车轮与铁轨相接触的地方 叫做摩擦 力 摩擦力的大小与两物体 车轮与铁轨 压紧的力的大小有关 若是火车头做的轻便了 那么这个压紧的力就减小了 火车就拉不动后面的车厢了 你说是吗 常见问题 4 在什麽状态下可确定物体不受摩擦力 问题 在什麽状态下可确定物体不受摩擦力 解答 物体间有接触 但没有相对运动或没有相对运动趋势时 就没有摩擦力 常见问题 5 摩擦力就是阻力吗 问题 摩擦力就是阻力吗 解答 不一定 日常生活中人们习惯地认为摩擦力就是阻力 它的方向与其运动方向一定相反 显然就是对摩擦力的肤浅认识和片面理解 物体受到的摩擦力的方向便与其运动方向相同 是动力 例如 人走路摩擦力就是动力而不是阻力人走路摩擦力就是动力而不是阻力 常见问题 6 摩擦力对风的影响 问题 摩擦力对风的影响 解答 离地面 1 5 公里的近地面层大气里 风不仅受到气压梯度力和地转偏向力的制约 而且还 受到地面摩擦力的干扰 地面摩擦力的影响可以达到 1 5 公里的高度 因此 1 5 公里以下 的气层就被称为摩擦层 在摩擦层里 风走在粗糙不平的地表面 受到摩擦力的作用 风 速不得不减小下来 由于地表粗糙程度不一 摩擦力的大小不同 风速减小的程度也就不 同 一般来说 陆面摩擦力比海面大 而在陆面上的摩擦力 山地又比平原大 森林又比 草原大 摩擦力不仅会削弱风速 同时也干扰了风向 破坏气压梯度力与地转偏向力之间 的平衡 常见问题 7 摩擦力做正功还是负功 问题 摩擦力做正功还是负功 解答 摩擦力可以做 正功 负功和不作功 静摩擦力 手握重物向上运动时 静摩擦力做正功 手握重物向下运动时 静摩擦力做负功 手握重物不运动时 静摩擦力不作功 滑动摩擦力 行驶的火车上 一个物体沿斜面向车行方向滑下 滑动摩擦力做负功 行驶的火车上 一个物体沿斜面向车行反方向滑下 滑动摩擦力做正功 用板擦擦黑板 滑动摩擦力对黑板不作功 常见问题 8 相互接触的物体间正压力增大 摩擦力一定增大吗 问题 相互接触的物体间正压力增大 摩擦力一定增大吗 解答 相互接触的物体间正压力增大 摩擦力一定增大这句话不对 因为当摩擦力到一定数值后 正 压力只相当于作为压紧产生摩擦力的条件了 举例理解 在竖直墙壁上的物体 背力压紧处于 静止状态 这时重力和静摩擦力平衡 当压力增大时 物体还静止 故静摩擦力不变 常见问题 9 摩擦力的大小是多少 问题 水平桌面上放着一重 100N 的物体 桌面与物体间的摩擦因数为 0 2 当依次用 5N 10N 30N 的水平拉力拉该物体时 物体受到摩擦力的大小依次是多少 解答 一般情况下 我们可以认为物体间的最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力 所以我们可以知道此物体与桌面间的最大静摩擦力为 f 静 20N 当水平拉力为 5N 时 很显然物体不动 此时为静摩擦力 且静摩擦力的大小与物体所受的 拉力大小相等 方向相反 即 f1 5N 当拉力为 10N 时 同样物体不动 此时的静摩擦力大小仍与所受拉力相等 为 f2 10N 当拉力为 30N 时 此时已超过物体的最大静摩擦力 物体开始滑动 物体与桌面间此时为 滑动摩擦力 大小为 f3 20N 常见问题 10 开车上班时 紧急煞车最有效的方法是什么 问题 开车上班时 紧急煞车最有效的方法是什么 解答 开车上班的人愈来愈多了 好处是不用担心电车 公车的时刻 挤车等烦人的事 还可以 舒舒服服地坐在车内去上班 车子奔驰中 万一前面突然有人 车冲出来 这时紧急煞车 怎样操作比较好呢 这时 大部分的人都会用力一踩煞车 让车轮整个停住 但是 站在力学的观点 这到底 是不是最好的方法呢 在此我们先了解一下摩擦力 一个物体一面与另一物体的面接触 一边开始滑动或正在滑动 此时阻碍这滑动的力量就是摩擦力 这种摩擦力有两种 物体尚未滑动时 因接触面而生之摩擦力叫做静摩擦力 statical friction 正在滑动时 接触面所产生之摩擦力叫做动摩擦力 dynamical friction 静摩擦力中 开始滑动前之最大摩擦力叫做最大静摩擦力 动摩擦力通常比最大静摩擦力 小 让物体在地板上滑动时 最初需要大的力量 一旦滑出去之后 就能以小的力量来滑 动 最大静擦力及动摩擦力均与物体推压接触面的力量成比例 这些摩擦力与物体推压接 触面的力量的比 即称为静摩擦系数及动擦系数 摩擦系数与接触面积的大小无关 而是依两个物体表面的性质及状态而决定的值 再回到 汽车制动的话题 因为动摩擦力比最大静摩擦力为小 所以踩下煞车时 轮胎不滑动比滑 动比滑走较能发生摩擦的作用 在干的沥青路面上 车轮旋转时的静摩擦系数为 0 8 左右 滑走时的动摩擦系为 0 6 以下 滑走时 更糟的是沥青及轮胎面熔化 车辆有如在薄薄液体上滑走 更不易控制 即使条 件相同 车辆一边滑走一边渐停下来的情形比轮胎一边旋转一边渐停下来的情形 多走约 百分之二十的距离 因此 最有效的紧急煞车是不让车轮完全煞住 而是稍微松煞车 让车轮能适度旋转以免 起滑为宜 换句话说 在最大静摩擦与动摩擦之分界处操作煞车 即在快要起滑前 稍微放松 使之 产生最大静摩擦力的煞车作用 常见问题 11 急刹车 问题 在急刹车时 为了使汽车尽快停下 尽力踏制动板使汽车车轮死锁不转动 这样的作法对 吗 解答 在这种情况下 车轮与路面间的滑动摩擦系数小于滚动摩擦系数 大家都知道 在刹车时 如果车轮继续往前转动的话 它与路面的摩擦比车轮在路面上滑动 不转动 时要大 在干 燥平坦的柏油路上 滚动的摩擦系数约为 0 8 而滑动摩擦系数为 0 6 或更小 这是因为 车轮在路面上开始打滑时 沥青和轮胎都会熔化 车子实际是在一层薄薄的液体上滑行 在其它条件相同的情况下 车子在滑行中制动比滚动中制动的行程长 20 所以 要使车 子尽快停下来 在用力踩制动板时要以不令车轮完全停止转动为原则 这也是现在汽车中 的防死锁装置 ABS 的作用 常见问题 12 关于摩擦 问题 关于摩擦的本质 解答 1 凹凸啮合说 是从 15 世纪至 18 世纪 科学家们提出的一种关于摩擦本质的理论 啮合 说认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的 两个物体接触挤压时 接触面上 很多凹凸部分就相互啮合 如果一个物体沿接触面滑动 两个接触面的凸起部分相碰撞 产生断裂 摩损 就形成了对运动的阻碍 2 粘附说 这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦本质的理论 最早由英国学者德萨左利 厄斯于 1734 年提出 他认为两个表面抛得很光的金属 摩擦会增大 可以用两个物体的表 面充分接触时它们的分子引力将增大来解释 上世纪以来 随着工业和技术的发展 对摩擦理论的研究进一步深入 到上世纪中期 诞 生了新的摩擦粘附论 新的摩擦粘附论认为 两个互相接触的表面 无论做得多么光滑 从原子尺度看还是粗糙 的 有许多微小的凸起 把这样的两个表面放在一起 微凸起的顶部发生接触 微凸起之 外的部分接触面间有 10 8 m 或更大的间隙 这样 接触的微凸起的顶部承受了接触面上的 法向压力 如果这个压力很小 微凸起的顶部发生弹性形变 如果法向压力较大 超过某 一数值 每个凸起上约千分之几牛顿 超过材料的弹性限度 微凸起的顶部便发生塑性形 变 被压成平顶 这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子 原子 引力发生作用的 范围 于是 两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合 这时要使两个彼比接触的表面发 生相对滑动 必须对其中的一个表面施加一个切向力 来克服分子 原子 间的引力 剪 断实际接触区生成的接点 这就产生了摩擦 人们通过不断实验和分析计算 发现上述两种理论提出的机理都能产生摩擦 其中粘附理 论提出的机理比啮合理论更普遍 但在不同的材料上 两种机理的表现有所偏向 对金属 材料 产生的摩擦以粘附作用为主 而对木材 产生的摩擦以啮合作用为主 实际上 关 于摩擦力的本质 目前尚未有定论 仍在深入探讨之中 常见问题 13 自行车前后轮的摩擦 问题 自行车前后轮的摩擦 解答 自行车是我们每个同学都非常熟悉的交通工具 但在你骑车加速前进的过程中 自行车前 后轮所受的摩擦情况你能说清楚吗 原来自行车的前轮自身本不会转动 而后轮在人的蹬动下而向前转动 设想若将自行车悬 吊于空中 人座在车上蹬车 则会发现车的前轮不动 而后轮会在链条的带动下转动 此 时若将车放置于水平地面上 如图 1 所示 则前轮将仍要保持原来的静止状态 而后轮由 于原来是转动的 所以其与地面相接触的点有沿地面向后运动的趋势 所以后轮将受到向 前的静摩擦力 正是由于这个静摩擦力的作用 使得整个自行车由静止开始向前运动 车身向前运动必然 带动前轮也要向前运动 所以前轮与地面接触的点有沿地面向前运动的趋势 因此前轮受 到地面对它产生向后的静摩擦力 由于这个摩擦力的作用 前轮开始绕轴转动 可见 自行车在加速前进阶段 后轮所受静摩擦力的方向向前 而前轮所受静摩擦力的方 向向后 常见问题 14 产生摩擦力的条件是什么 问题 产生摩擦力的条件是什么 解答 两个互相接触的物体之间要发生或已经发生相对运动时 接触面上才会产生一种阻碍物体 相对运动的力 即摩擦力 用 f 表示 摩擦力主要又分静摩擦力和滑动摩擦力 由于运 动的形式不同 还有滚动摩擦 常见问题 15 如何分析物体运动趋势和相对运动的情况 问题 如何分析物体运动趋势和相对运动的情况 解答 摩擦力问题主要应用在分析物体运动趋势和相对运动的情况 所谓运动趋势 一般被解释 为物体要动还未动这样的状态 没动是因为有静摩擦力存在 阻碍相对运动产生 使物体 间的相对运动表现为一种趋势 由此可以确定运动趋势的方向的方法是假设静摩擦力不存 在 判断物体沿哪个方向产生相对运动 该相对运动方向就是运动趋势的方向 如果去掉 静摩擦力无相对运动 也就无相对运动趋势 静摩擦力就不存在 常见问题 16 理解摩擦力的概念时要明确的五个方面 问题 理解摩擦力的概念时要明确的五个方面 解答 第一 摩擦力是在两个物体互相接触时才可能产生 接触了要有相对运动趋势或已经发生了 相对运动 这时才会产生摩擦力 第二 摩擦力是成对出现的 甲 乙两物体接触并有相对运动趋势或已经发生相对运动 这时 甲对乙产生了摩擦力作用 同时乙对甲也有了摩擦力作用 第三 摩擦力有静摩擦和动摩擦两种 两物体接触有相对运动趋势 但没有相对运动 这时的 摩擦力就叫静摩擦力