静摩擦定义

什么是摩擦力？请举例说明。

摩擦力的定义是：当一个物体在一个物体的表面上运动或试图运动时，会产生一个阻碍相对运动的力。这个阻碍的力称为摩擦力。

示例

假设一个方形木块放在水平面上。给它一个正常的推力。木块会滑行一小段距离然后停下来。根据牛顿第二运动定律，木块的运动会受到一个称为摩擦力的力的阻碍。这个力与接触面的方向相反，并且与物体运动的方向相反。

摩擦力：接触力的一部分

摩擦力作为力的一部分：当两个物体接触时，在接触面的粒子之间存在一个吸引力，其中摩擦力是其组成部分之一。因此，两个物体之间会相互施加一个接触力。这些相互作用的接触力大小相等，方向相反。牛顿第三运动定律对此进行了阐述。

法向力，也称为支持力，是接触力“F”垂直于接触面的分量。平行于接触力的分量称为摩擦力。

摩擦力：解释其起源

起源

摩擦力产生于两表面在实际接触点的原子或分子吸引力。然而，由于表面不平整，实际接触面积远小于表观接触面积，导致表面接触点的压力非常小。分子键在这些表面点形成，但当一个物体在另一个物体上移动时，键会断裂，导致物体变形并形成新的键。这种变形会产生局部振动，传播到物体中，产生的振动会消散能量，并转化为热能。因此，需要一个外力来启动或维持物体的运动。

摩擦力的不同类型

摩擦力主要有三种类型：动摩擦、静摩擦和最大静摩擦。但我们将仅限于静摩擦。

静摩擦

它是一个调整力。

考虑一块金属块放在方形桌子上。给它一个温和的力F。木块不会滑动或移动。在两个物体开始相互滑动之前，起作用的摩擦力称为静摩擦，用f_s表示。

静摩擦阻碍即将发生的运动。随着施加在木块上的力增大，静摩擦力f_s也随之增大，以平衡施加的力。当施加的力超过极限时，木块开始移动。此时，静摩擦力达到最大。

f_s^max 表示最大静摩擦力，当一个物体开始在另一个物体的表面上移动时，它会起作用，称为最大静摩擦力（或滑动摩擦的临界值）。

显然，f_s ≤ f_s^max

一旦开始运动，摩擦力就会减小。维持匀速运动需要较小的力。

当物体在另一个物体的表面上匀速运动时，起作用的摩擦力称为动摩擦或滑动摩擦，用f_k表示。当F = f_k时，物体以恒定的速度v运动。动摩擦力阻碍实际相对运动。当施加的力大于动摩擦力时，木块将以加速度a加速，且a = (F - f_k)/m。

静摩擦系数，用比例常数μ_s表示，表示最大静摩擦力与法向反力之比。最大静摩擦力的规律规定，最大静摩擦力与接触面积无关，而是与法向力成正比。最大静摩擦力的方向始终与运动方向相反，并沿接触面切向作用。最大静摩擦力的大小取决于相互作用表面的平整度和性质，并且与两表面之间的法向反力成正比。对于给定的一对表面，只要法向反力恒定，最大静摩擦力的大小就与接触面的面积或形状无关。

常见问题解答

问题：什么是滑动摩擦？

答案：它指的是两个物体相互滑动时产生的阻碍力。

问题：给出衡量摩擦力大小的公式。

答案：摩擦力的大小由公式给出：F = μ_sN

μ_s = 静摩擦系数

N = 两个接触面之间的法向反力。

问题：摩擦力是如何产生热量的？

答案：当两个物体相互运动时，它们表面之间的摩擦力将动能转化为热能。

问题：确定摩擦力是矢量还是标量。

答案：摩擦力是矢量，因为它既有大小又有方向。

数值问题

问题：一个重20N的物体放在水平桌面上，拉力T可以增大到8N，此时物体才开始移动。一旦物体开始运动，施加4N的力可以使其以匀速运动。求静摩擦系数。

解决方案

对于静摩擦

力的垂直和水平分量的给定关系为

R - mg = 0

R = mg = 20 N

T - f_s^max = 0

f_s^max = T = 8N

因此，摩擦系数由下式给出

问题：将4kg的质量放在水平面上。缓慢倾斜平面，直到与水平面成θ=15°角时，质量开始滑动。确定表面和物体之间的静摩擦系数。

解决方案

给定量为

θ = 15°

这被称为休止角。

此时，摩擦系数

μ = tanθ

0.27 ≈ tan 15°

问题：已知地板与物体之间的静摩擦系数为0.15，g = 10m/s²，求火车可能达到的最大加速度，使得放在火车地板上的物体保持不动。.

解决方案

要解决这个问题，我们可以使用以下公式：

最大加速度 = 静摩擦系数 × 重力加速度

已知火车地板与箱子之间的静摩擦系数为0.15，g = 10m/s²，我们将值代入上述公式如下：

最大加速度 = 0.15 × 10 = 1.5 m/s²

因此，火车在物体保持不动的情况下可能达到的最大加速度为1.5 m/s²。