首先了解一下静摩擦力的基本概念:两个相互接触的物体,当其接触表面之间有相对滑动的趋势,但尚保持相对静止时,彼此作用着阻碍相对滑动的阻力,这种阻力称为静滑动摩擦力。
静摩擦力的大小不是一个定值,它是可变的。
阻止物体从静止转为运动的临界力称为最大静摩擦力,而静摩擦力就在0和最大静摩擦力之间变化,即0≤F≤Fmax。
这个可以根据物体平衡条件的受力状态计算得到。
那么静摩擦力产生的原理是什么?从宏观来看,物体表面是凹凸不平的,这些凹凸部分相互啮合,就会给相对滑动产生一种阻碍,从而产生静摩擦力。
但是,这样就意味着:越光滑的物体摩擦系数越小。
但事实上,并不是这样!两个极度光滑的金属,他们的摩擦力反而会增加。
这是为什么呢?这涉及到黏附理论。
两个相互接触的物体,无论多么光滑,从微观上都是凹凸不平的。
这时作用在分子间的法向压力如果较大,使得物体间距离小到分子间产生引力,原子间发生了引力黏合,便产生了阻止物体相对滑动的力,这又是静摩擦力产生的原因。
【原创】从事高中物理教学二十五年,题主遇到的关于静摩擦力的问题,是教学的难点也是重点,也是大多数高中同学在学习时感到困惑且频繁出错的问题之一。
首先,研究力学问题,在没有确定研究对象或系统之前,谈论内力和外力是没有意义的。
内力和外力是相对而言的,选定系统之后,组成系统的相互作用的物体之间的作用力叫做内力,系统以外的物体施加给组成系统的物体的作用力叫做外力。
如图一所示,给在水平地面上的物体施加一个斜向右下方的推力F,与水平方向成α角,由受力分析可以知道,除了F以外,物体还受到一个竖直向下的重力G,其大小等于物体的质量m和重力加速度g的乘积:G=mg另外,还受到一个竖直向上的支持力N,施力物体是水平地面。
设此时物体保持静止,那么根据平衡条件或牛顿第二定律,物体必将受到一个水平向左的静摩擦力f的作用,其大小由正交分解法可得:f=Fcosα,显然,在α角不变的情况下,F越大,f也越大,直到突破最大静摩擦力为止,物体最终将在水平地面上运动起来。
如图二所示,静摩擦力有一个显著的特点,在确定材料的两个相互接触的物体的接触处,静摩擦力有一个极限值,叫做最大静摩擦力。
(详情见我的头条文章《浅谈静摩擦力和滑动摩擦力》)在此水平地面上保持静止的物体和地球属于同一个系统,物体受到的重力G、静摩擦力f和支持力N都属于内力,都是地球施加的作用力,根据牛顿第三定律,三个力都有各自的反作用力,它们的反作用力都作用在地球上,而斜向右下方的推力F不属于系统所有,则是外力,其施力物体可以是人,或者是其他物体。
总结:中学物理一般把物体看成质点,计算或分析静摩擦力的大小时,必须先确定研究对象(单个物体或系统),然后用隔离法或整体法对研究对象进行正确的受力分析。
① 在平衡系统中,静摩擦力的大小等于跟静摩擦力在同一作用线上的除静摩擦力以外的所有作用力的合力,具体大小一般要根据共点力的平衡条件来确定(如果研究对象受到多个力的作用,则需要建立合适的坐标系,用正交分解法把不落在两个坐标轴上的力进行分解,然后再分析求解。
);② 在变速系统中,根据牛顿第二定律 F=ma,用正交分解法列方程求解(某个坐标轴的正方向一般选择和加速度的方向保持一致)。
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