静力学摩擦与摩擦力

1、静力学摩擦与摩擦力第1页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学2摩擦与摩擦力引言滑动摩擦 滚动摩擦静力学第2页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学3摩擦与摩擦力引言滑动摩擦 滚动摩擦静力学第3页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学4引言两个相互接触物体有相对运动趋势或在相对运动的过程中接触面间的理想约束力沿两接触面的公法线接触面的公切面上存在阻碍两物体相对运动的力，称为摩擦力摩擦与摩擦力第4页，共35页，2022年，5

2、月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学5摩擦力的物理本质很复杂与两物体的材料、表面的情况与相对运动性态有关分类滑动摩擦力：发生在两物体相对滑动和有此种趋势的摩擦力滚动摩擦力：发生在两物体相对滚动和有此种趋势的摩擦力摩擦与摩擦力第5页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学6摩擦与摩擦力引言滑动摩擦 滚动摩擦静力学第6页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学7滑动摩擦干摩檫 粘性摩檫 摩擦与摩擦力/滑动摩擦第7页，共35页，2022年，5月20日，2点

3、34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学8干摩檫两物体接触面的凹凸不平是引起干摩擦的主要原因 干(库仑)摩檫现象摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦平衡态临界态运动态库仑定律：在其他条件相同的情况下，极限摩擦力的大小Fm与接触物体间的理想约束力FN成正比静摩檫因数 fs动摩檫因数 f极限摩檫力cai32第8页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学9摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦摩檫角临界态理想约束力与极限摩擦力的合力和接触面法线的夹角称为摩擦角 m摩擦角m的正切等于静摩檫因数两力共线，方向相反第9页，共35页，2022年，5月

4、20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学10摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦利用摩檫角测静摩檫因数cai33第10页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学11摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦摩檫自锁平衡态主动力的合力不管其大小如何，只要落在角j m的范围内，那么物体不可能运动。这种现象称为摩擦自锁 临界态角jm的范围：空间：摩檫锥两力共线，方向相反平面：摩檫三角形第11页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学12摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦摩檫自锁的应用

5、qqcai34cai35第12页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学13摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦例重为400N的重物放在斜面上,斜面的倾角 q=30度 物体与斜面的静摩擦因数 fs =0.2为使物体不滑动，在物体上施加一水平力F求该力的最大与最小值q第13页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学14摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦解分析：水平主动力小，物体下滑q水平主动力大，物体上移阻止其下滑的临界值记为Fmin未能使其上移的临界值记为Fmax当Fmin F Fmax 物体

6、静止工况1工况2cai36cai37第14页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学15摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解重力在摩擦三角形外，物体将下滑q为了平衡，加水平力，其与重力的合力落在三角形内工况1解1 几何法摩擦角q临界态第15页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学16摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解q为了平衡，减小水平力，与重力的合力落在摩檫三角形内工况2摩擦角q临界态过大的加水平力，与重力的合力落在摩檫三角形外，物体将上移当 135.31N F 351.53N 物

7、体静止第16页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学17摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解建立参考基q工况1解2 解析法q临界态平衡问题平衡方程附加方程平面汇交力系未知数与方程个数的分析: 3/2静不定?第17页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学18摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解q工况2q临界态平衡问题当 135.31N F 351.53N 物体静止建立参考基平衡方程附加方程平面汇交力系未知数与方程个数的分析: 3/2第18页，共35页，2022年，5月20日，2点34分

8、，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学19摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦例图示一折叠梯放在地面上，与地面的夹角q=60度脚端A与B和地面的摩擦因数分别为fsA =0.2 和 fsB =0.6在折叠梯的AC侧的中点处有一重为500N的重物不计折叠梯的重量，问它是否平衡？如果平衡，计算两脚与地面的摩擦力qqABCcai38第19页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学20摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦解假定系统为平衡受力分析qqABC静摩擦力如何定静摩擦力在平衡态是未知的需通过平衡方程求得主动力研究对象：系统问题性质：平面建立参

9、考基理想约束力摩擦力？FmAFmB极限静摩擦力未知数与方程个数的分析: 2/3静不定静定未知数与方程个数的分析: 4/3第20页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学21摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解假定系统为平衡受力分析qqABC约束力沿轴线，定义正向研究对象：杆CB问题性质：平面建立参考基无主动力作用二力杆q第21页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学22摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解假定系统为平衡qqABC研究对象：系统问题性质：平面建立参考基静定未知数与方程个数

10、的分析: 3/3平衡方程第22页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学23摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦/解假定系统为平衡qqABC系统是否真的平衡？系统确是平衡的，上述结果可信 第23页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学24摩擦与摩擦力/滑动摩擦/干摩擦对于考虑摩擦的平衡问题的小结首先假定系统为平衡由于系统不一定处于静摩擦的临界情况，可通过平衡方程求得这些未知的静摩擦力与理想约束力所得的结果必须与极限静摩擦力进行比较以确认上述系统平衡的假定是否成立第24页，共35页，202

11、2年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学25例：匀质木板如图示放置10mfSA=0.2fSB=0.5450问：木板是否会滑动。如果滑动，确定木板开始滑动时的距离 x 板重100KG人重200KG人从A走向B第25页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学2610mfSA=0.2fSB=0.5450假定在 x 位置达到滑动临界状态此时：将N1代入力矩平衡方程：木板会滑动得出：受力分析第26页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学27粘性摩擦滑动摩

12、擦力是发生在有润滑的滑动摩擦中由于润滑剂的作用，通常它们的极限摩擦力很小动摩擦力与物体相对运动速度成正比，方向与相对运动速度向反摩擦与摩擦力/滑动摩擦/粘性摩擦运动态粘性摩擦因数 c第27页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学28摩擦与摩擦力引言滑动摩擦 滚动摩擦静力学第28页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学29A滚动摩擦摩擦与摩擦力/滚动摩擦滚动摩擦两物体在相对滚动时局部变形引起一种阻碍它们相对运动的阻力OO这些阻力向点A进行简化 主矢主矩滑动摩擦力的性质 具有理想约束

13、力的性质滚动摩擦所特有力偶矩滚动阻力偶矩 第29页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学30摩擦与摩擦力/滚动摩擦滚动摩擦现象平衡态滑动临界态纯滚动极限滚阻力偶矩滚动临界态滑动又滚又滑d 滚阻因数通常AO第30页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学31摩擦与摩擦力/滚动摩擦滚阻因数简化中心AAOAOBs简化中心B考虑滚动临界态简化中心Bd滚阻因数量纲为长度单位物理意义是将摩擦力简化为合力时简化中心点到A的距离与接触物体的性质有关第31页，共35页，2022年，5月20日，2点3

14、4分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学32摩擦与摩擦力/滚动摩擦例在搬运重物时常在下面垫些滚木重物重G0，滚木重G ，半径为 r滚木与重物的滚阻因数为 d0 滚木与地面的滚阻因数d 求将要拉动重物时的拉力 F第32页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学33摩擦与摩擦力/滚动摩擦解受力分析主动力研究对象：系统问题性质：平面建立参考基理想约束力摩擦力dd未知数与方程个数的分析: 5/3得到2个方程第33页，共35页，2022年，5月20日，2点34分，星期四2022年9月14日理论力学CAI 静力学34摩擦与摩擦力/滚动摩擦/解受力分析主动力研究对象：滚木（左，右）问题性质：平面