注:摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同(作为动力),可能和物体运动方向相反(作为阻力),也可能和物体速度方向垂直(作为匀速圆周运动的向心力),在特殊情况下,可能成任意角度。
相同条件下,滚动摩擦<滑动摩擦。
静摩擦力:用二力平衡来计算。
例3. 如图所示,用跟水平方向成α角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动,木块和天花板间的动摩擦因数为μ,求木块所受的摩擦力大小。
【解析】:由竖直方向合力为零可得FN=Fsinα-G,因此有:f =μ(Fsinα-G)
例4. 如图所示,A、B为两个相同木块,A、B间最大静摩擦力Fm=5N,水平面光滑。拉力F至少多大,A、B才会相对滑动?
【解析】:A、B间刚好发生相对滑动时,A、B间的相对运动状态处于一个临界状态,既可以认为发生了相对滑动,摩擦力是滑动摩擦力,其大小等于最大静摩擦力5N,也可以认为还没有发生相对滑动,因此A、B的加速度仍然相等。分别以A和整体为对象,运用牛顿第二定律,可得拉力大小至少为F=10N
(研究物理问题经常会遇到临界状态。物体处于临界状态时,可以认为同时具有两个状态下的所有性质。)
例5. 长直木板的上表面的一端放有一铁块,木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大),另一端不动,如图示所示,写出木板转动过程中摩擦力与角α的关系式,并分析随着角α的增大、摩擦力怎样变化?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(α<90°)
【解析】:本题的关键是明确是静摩擦还是动摩擦;根据平衡条件或牛顿运动定律来求静摩擦,根据滑动摩擦力公式求动摩擦.
物体受力分析如图所示
①转动较小角度时,压力FN=FN′=mgcosα较大,最大静摩擦力较大,而重力沿斜面向下的分力mgsinα较小,因此,铁块受静摩擦力作用,由力的平衡条件知,静摩擦力F静=mgsinα,α增大,F静增大.
②随着α增大,压力FN=FN′=mgcosα减小,最大静摩擦力减小,而重力沿斜面向下的分力mgsinα增大,因此,当角α超过某一值时,铁块受滑动摩擦力作用,由F滑=μFN知,F滑=μmgcosα,α增大,F滑减小.
综合①②知,α增大时,摩擦力先增大后减小.
实战训练
08年高考宁夏卷理综
20.一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动,小球通过细绳与车顶相连。小球某时刻正处于图示状态。设斜面对小球的支持力为N,细绳对小球的拉力为T,关于此时刻小球的受力情况,下列说法正确的是AB
A.若小车向左运动,N可能为零
B.若小车向左运动,T可能为零
C.若小车向右运动,N不可能为零
D.若小车向右运动,T不可能为零