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自锁现象及分析 1 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 自锁现象的定义 2 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F1 推它时 总可以使它动起来 当用竖直向下的力去推 如F2 显然它不会动 使F2的方向旋转一个小角度 如F3 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F4 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 水平面上的自锁现象 3 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 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fM FN 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 称为摩擦角无论支持力FN如何变 保持不变 其大小仅由摩擦因数决定 问题分析 4 设用斜向下的推力F作用于物体 方向与竖直方向成 问题分析 F趋于无穷大时仍然成立 5 紧靠在竖直墙壁上的物体 在适当大的外力作用下 可以保持静止 当外力大到重力可以忽略 无论用斜向上的力 还是用斜向下的力 发生自锁的条件与水平面的情况是相同的 如改用与竖直墙壁的夹角来表示 临界角 0可表达为 0 arctan1 竖直面的自锁现象 6 斜面上的物体不自由滑落的条件 斜面的自锁现象 F 斜面上的物体受到外力F的作用 当F与F1之间的夹角小于 时 仍然处于自锁状态 物体保持静止 7 如图所示 由两根短杆组成的一个自锁起重吊钩 将它放入被吊的空罐内 使其张开一定的夹角压紧在罐壁上 其内部结构如图 b 所示 当钢绳匀速向上提起时 两杆对罐壁越压越紧 若摩擦力足够大 就能将重物提升起来 罐越重 短杆提供的压力足够大 称为 自锁定机构 若罐重力为G 短杆与竖直方向夹角为 60 求吊起该重物时 短杆对罐壁的压力 短杆的质量不计 自锁现象的应用 静摩擦力至少应为多大 8 尖劈可以用来卡紧物件 如果尖劈的锐角足够小 它可以嵌入木头缝或墙缝里 这是由于摩擦力的作用使尖劈静止在木头缝中或墙缝里 称为摩擦自锁 像木器家具中常在横接处打入木楔就是应用尖劈摩擦自锁的原理 尖劈摩擦自锁力学分析 9 10 在实际生活工作当中 人们有时需要登高 如电业工人要攀爬电线杆 而登高杆对人来说是很困难的 人们巧妙的运用自锁原理发明了高脚扣 它的发明方便了人们的工作生活 一般脚扣是一对用机械强度较大的金属材制作 用于承受人体重量 脚扣弯成略大于半圆形的弯扣 确保扣住电线杆 保证足够的接触面 内侧面附有摩擦因数较大的材料 扣的一端安装脚踏板 使用时 弯扣卡住电杆 当一侧着力向下踩时 形成两侧向里的挤压 接触面产
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