摩擦力的研究与应用

李康月

(河北省唐山市宏文中学 063000)

一、静摩擦力研究与实践

例1 一小木块放在水平桌面上用一弹簧测力计水平拉动，在弹簧测力计的指针下轻塞一个小纸团，它可以随指针移动，并作为指针到达最大位置的标记(如图，继续用力，当拉力达到某一数值Fmax时木块开始移动，此时拉力会突然变小到F0.

答：由图2示意图看出，斜线表示物体不动时静摩擦力随拉力的增大而增大，当拉力增大到某一数值Fmax时，摩擦力也增大到某一最大值Fmax，此时摩擦力突然减小(在图线的折线段)，再增大拉力，摩擦力也不变，说明摩擦力变为滑动擦力.由此可看出，当静摩擦力达到最大值Fmax时，木块便开始移动.

例2 基本概念和易混淆的“三个方向”辨析

1.对定义中关键词的理解

(1)“相对静止”有两层含义：一是两个物体都静止，二是两个物体都做速度相同的运动，其中速度相同的运动包括一起做匀速直线运动和一起做初速度和加速度都相同的变速运动.

(2)“相对运动趋势”：相对运动趋势即可由外力引起，也可由接触物体的运动状态发生改变而引起，如图3所示的箱子静置在平直的公路上行驶的平板车上，显然箱子在水平方向上不受其他外力的作用，当平板车匀速前进时，箱子与平板车之间没有相对运动趋势，故无静摩擦力.当平板车加速、减速、减弯时，箱子相对于平板车分别有向后、向前、向外的相对运动趋势.

(3)“阻碍”：说明了静摩擦力的作用效果，阻碍物体间的相对运动趋势.静摩擦力既可与物体的运动方向相同作动力，也可与物体的运动方向相反作阻力.例如上例中的平板车做加速运动，箱子相对车箱静止，那么，静摩擦力相对箱子而言是动力；若平板车做减速运动，箱子相对车箱静止，那么，静摩擦力相对箱子而言是阻力.

(4)产生条件：①两物体在接触面上有挤压；②接触面不光滑；③两物体间有相对运动趋势.

(5)大小：如图4所示，水平面上放一静止的物体，当人用水平力F推时，此物体静止不动，这说明静摩擦力的大小等于F；当人用2F的水平力去推时，物体仍静止不动，此时静摩力的大小为2F.可见，静摩擦力的大小随推力的增大而增大，所以说静摩擦力的大小由外部因素决定.当人的水平推力增大到某一值Fmax时，物体就要滑动，此时静摩擦力达到最大值，我们把Fmax叫做最大静摩擦力，故静摩擦力的取值是：0≤F≤Fmax.

2.易混淆的“三个方向”的辨析

运动方向：物体的运动方向一般指物体相对地球(地球为参考系)的运动方向.

相对运动方向：物体间的相对运动方向，指以其中一个物体A为参考系，另一个物体B的运动方向，即为物体B相对A的运动方向，反之也可.

相对运动趋势的方向：即由于两物体间静摩擦力的存在导致的能发生而没有发生的相对运动方向，因此我们可用假设法(假设无静摩擦力)判定.

二、滑动摩擦力研究

(1)定义：当一个物体在另一个物体表面滑动的时候，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力.

(2)大小：实验表明，滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比.如果用F表示滑动摩擦力的大小，用FN表示压力的大小，则有F=μFN.

对公式F=μFN的理解与应用:①μ是比例常数，叫做动摩擦因素.物理意义：反映接触面本身特性的物理量，它与接触面的材料、粗糙程度有关，与接触面积大小无关，与物体的运动状态无关，与物体的受力情况无关，没有单位.②滑动摩擦力F大小与FN成正比，与物体的运动状态无关.③公式F=μFN中的FN是两个物体接触面间的压力，俗称“正压力”.

(3)产生条件：①两接触的物体必须相互挤压，发生形变，有弹力；②两物体间发生相对滑动；③两接触面不光滑.

(4)方向：①滑动摩擦力的方向总是跟它们的接触面相切并且跟它们相对运动的方向相反.②判定滑动摩擦力的方向的方法

第一步，滑动摩擦力的方向总跟接触面相切；

第二步，确定物体间的相对运动方向，先选取其中一个物体为参考系(假设为静止)，判定另一个物体的运动方向，即为相对运动的方向；

第三步，物体所受滑动摩擦力的方向一相对另一物体的运动方向相反.

③滑动摩擦力方向可能跟物体的运动方向相反，也可能跟运动方向相同.

(5)续表

滑动摩擦力静摩擦力方向判断(1)选取受力物体(2)确定施力物体(3)判断受力物体相对施力物体的运动方向(4)滑动摩擦力方向与相对运动方向相反(1)选取受力物体(2)确定施力物体(3)利用假设法判断受力物体相对施力物体的运动趋势方向(4)摩擦力方向与相对运动趋势方向相反

三、摩擦力大小的计算

在计算摩擦力的大小之前，必须首先分析物体的运动情况，判断是滑动摩擦力还是静摩擦力.

1.滑动摩擦力大小的计算

滑动摩擦力力的大小遵从摩擦定律，即Ff=μFN.式中μ叫动摩擦因素，它的数值跟两个相关物体的材料和接触面的粗糙程度有关；FN是接触面的正压力，它与物体的重力G是两种不同性质的力，FN的大小，方向与G的大小、方向均不一定相同.滑动摩擦力力Ff的大小跟物体的运动速度、接触面面积的大小没有关系.计算滑动摩擦力的大小的关键是根据平衡方程或动力学方程(后面将学习)计算压力FN的大小.

2.静摩擦力大小的计算

静摩擦力问题一般应根据物体的运动情况(静止、匀速运动或变速运动)，利用平衡方程或动力学方程(后面将学习，现在可用二力平衡的知识)求解，静摩擦力的大小与物体的运动情况有关，其数值在0～Ffmax之间(Ffmax为最大静摩擦力)，Ffmax略大于滑动摩擦力Ff，通常可近似认为Ffmax=Ff.

[1]张婧. 高中物理力学解题策略探究[J]. 高中数理化，2016(24).