细说静摩擦力方向

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  摘要:用相对运动趋势分析,从力的产生原因上阐明力的方向;用运动定律分析,从力的效果上说明力的方向,两种方法相互补充。相对于参考系的运动趋势和物体的运动状态是分析静摩擦力的关键。
  关键词:相对运动趋势参考系相对静止平衡牛顿运动定律运动状态
  中图分类号:G623文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)09(c)-0000-00
  
  对静摩擦力的概念,大家都不难理解,但碰到具体问题,却不能正确判断静摩擦力的方向,这就给解题带来了困难。本文就介绍分析静摩擦力的两种主要方法。
  1 用相对运动趋势进行分析
  我们知道静摩擦力产生的条件是:相互接触的两粗糙物体间无相对运动,只有相对运动的趋势。产生效果是,阻碍相对运动的产生。其方向和相对运动趋势方向相反。大小可以在从0到最大静摩擦力这一范围内变化,最大静摩擦力与正压力成正比。
  既然静摩擦力的方向和物体间的相对运动趋势方向相反,这就要明确一下两点:
  所谓研究对象的运动趋势是以谁为参考系?应该指出:必须以待确定方向的施力物体为参考系。
  如何判定运动趋势?当运动趋势不易判定时,可假定待确定方向的静摩擦力不存在(当然其反作用力也就不存在,但研究对象所受的其它力不能改变),再看研究对象相对于参考系将如何运动,这个运动方向就是运动趋势。
  如图1-1,放在斜面体A上的静止物体B。当分析B受到A的静摩擦力?AB
  方向时,以A为参考系,假定fAB不存在,斜面光滑,则物体B将沿斜面匀加速下滑,但由于B受到A的摩擦力,仍相对静止,可见B相对A有沿斜面向下运动的趋势。fAB的方向沿斜面向上。
  
  
  
  
  
  
  2 用牛顿运动定律进行分析
  2.1 用平衡条件分析
  物体处于平衡状态,则有∑F=0,根据这一点我们可以判定静摩擦力的方
  向。
  如图1-2,在水平桌面固定一个光滑的半圆柱。让一根均匀棒斜靠在半
  圆柱上,分析棒所受的静摩擦力。
  
  
  
  
  
  
  
  除静摩擦力外,棒受到重力G,支持力N1和N2。N1在平行桌面方向上的分力是水平向右的,跟据平衡条件,桌面对棒的静摩擦力一定是水平向左的。
  2.2 用牛顿第二定律分析
  静摩擦力可以是阻力,也可以是动力,还可是回复力或向心力,这一点我们应该明确。
  如图1-3,放在均匀转动圆盘上的物体A,分析A所受静摩擦力的方向物体A除受到竖直方向的的重力和盘对物体A的支持力外,没有其它别的什么力,可见
  物体A随圆盘一起做匀速圆周运动的向心力只有圆盘对A的静摩擦力来提供了,故方向是由A指向O。
  
  
  
  
  
  
  如图1-4,物体A和B的质量分别为m和M,它们保持相对静止,并一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑,分析A所受静摩擦力的方向。
  
  
  
  
  
  
  
  由于保持相对静止,又在光滑斜面上下滑,则可求出它们共同下滑的加速度
  大小为a=gsinθ再隔离物体,如图1-5(a),除了受竖直向下的重力和竖直向上的弹力之外,还受到一个水平向右的静摩擦力,而且弹力必小于重力,只有这样,才能得出一个沿斜面向下的合力R,R使产生一个沿斜面向下的加速度a。这样就能不难求出B物体对A物体的静摩擦力?BA=mgsinθcosθ
  从以上两题分析可知,准确判断物体的运动状态是应用运动定律分析静摩擦
  力的关键。当物体运动状态不明确时,首先要弄清物体的运动状态。
  用牛顿第三定律分析在分析物体所受静摩擦力时,若直接对这一物体分析
  存在困难时,往往可以借助于牛顿第三定律来解决。
  如题1-6,在力F的作用下,A,B两物体都处于静止状态,分析A所受的静
  摩擦力?AB
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  一般学生认为B对A的静摩擦力?BA是竖直向上,这是错误的。的确,?BA的方向是难以确定,我们可以先求A对B的静摩擦力?AB,很容易得出B所受的静摩擦力?AB是竖直向上的,如图1-7(a)。
  根据牛顿第三定律,立即可以确定?BA是竖直向下的,再根据运动定律进行分析,便可知墙对A的静摩擦力?墙a方向竖直向上,如图1-7(b)从上面分析知道,用相对运动趋势分析,是从力的产生原因上阐明力的方向;用运动定律分析,则是从力的效果上说明力的方向。两种方法是相互补充的。
  
  
  
  
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