物體受靜摩擦力的方向和大小判斷
靜摩擦力是被動的接觸力(即只能在兩個相互接觸的物體之間產(chǎn)生),其大小、方向往往不易直接判斷,需要與物體的運(yùn)動狀態(tài)相結(jié)合,通過牛頓定律來判斷。
物體受力情況與物體運(yùn)動狀態(tài)聯(lián)系的本質(zhì)是:
'物體的受力情況決定了物體的運(yùn)動狀態(tài);物體的運(yùn)動狀態(tài)反映了物體的受力情況。'這是判斷靜摩擦力有無以及產(chǎn)生的大小和方向的重要依據(jù),其實(shí)質(zhì)是牛頓第二定律。
根據(jù)牛頓第二定律,物體的運(yùn)動中反映力作用效果的物理量就是物體的加速度a:
當(dāng)物體運(yùn)動的加速度為零時,就根據(jù)力的平衡方程判斷;
當(dāng)物體運(yùn)動的加速度a不為零時,就根據(jù)牛頓第二定律F=ma判斷。
例1、如圖,斜面體p放在水平面上,物體Q放在斜面上,Q受到一個如圖方向的水平作用力F,p和Q都保持靜止,這時Q受到的靜摩擦力大小為f1,p受到水平面的靜摩擦力的大小為f2,現(xiàn)將力F逐漸變大,但不破壞Q、p的靜止?fàn)顟B(tài),那么f1、 f2如何變化?
例1
解:(1)P、Q整體處于靜止?fàn)顟B(tài)(平衡狀態(tài)),
若將p、Q合為一整體看(整體法),
則水平方向只受力F和水平面對p物的靜摩擦力f2,
因?yàn)閜、Q處于平衡狀態(tài)
則有 f2=F,
當(dāng)F增大時,物體仍然處于平衡,
仍有:f2 =F
∴ f2 變大
(2)分析Q物體的受力情況(隔離法),
如圖,物體Q處于平衡狀態(tài),
而力F、支持力N和重力G也可以維持平衡,即合力為零,
所以這時無法判定靜摩擦力f1的有無、大小和方向,
這樣,當(dāng)F增大時也無法判定f1是增大還是減小。
例1隔離法分析圖
下面分情況進(jìn)行分析:
(a)若F由零開始增大,則這時f1的方向?yàn)檠匦泵嫦蛏?,隨著F的增大,f1減?。?/p>
(b)當(dāng)F與N、G合力為零時,f1=0;
(c)當(dāng)F繼續(xù)增大時,則f1的方向變?yōu)檠匦泵嫦蛳?,隨F的增大而增大。
例2、質(zhì)量為m的物體置于傳送帶上,傳送帶與水平面的夾角為θ,當(dāng)傳送帶運(yùn)動時,物體相對
傳送帶始終保持靜止,物體受的摩擦力方向如何?
例2
解:物體受力如圖,
∵ 直接反映受力的運(yùn)動學(xué)量為加速度a,而與速度無關(guān)。
∴ 物體相對傳送帶靜止時,受傳送帶的支持力和物體的重力,
這兩個力的合力產(chǎn)生的大小mgsinθ, 方向沿斜面向下,
根據(jù)牛頓第二定律,
其產(chǎn)生的加速度為大小為:gsinθ,方向?yàn)檠匦泵嫦蛳隆?/p>
例2分析圖
在沿斜面方向上,根據(jù)牛頓第二定律分情況判斷:
(1)當(dāng)加速度方向?yàn)檠匦泵嫦蛳聲r:
(a)且當(dāng)傳送帶的加速度為a=gsinθ
物體受的靜摩擦力為零;
(b)且當(dāng)傳送帶的加速度為a>gsinθ
物體受的靜摩擦力方向沿斜面向下;
(c)且當(dāng)傳送帶的加速度為a<gsinθ
物體受的靜摩擦力方向沿斜面向上。
(2)當(dāng)加速度為0時:
物體受的靜摩擦力方向沿斜面向上
(3)當(dāng)加速度方向?yàn)檠匦泵嫦蛏蠒r:
物體受的靜摩擦力方向沿斜面向上
例2中物體已知所受到的支持力和重力所產(chǎn)生的加速度,大小為gsinθ,方向沿斜面向下,根據(jù)牛頓第二定律,當(dāng)物體的加速度大小或方向發(fā)生變化的時候,這些變化都是由摩擦力產(chǎn)生的,因此就可以通過這些變化來判斷摩擦力的方向。
(1)當(dāng)物體加速度,大小為gsinθ,方向沿斜面向下,靜摩擦力為0;
(2)當(dāng)傳送帶的加速度為a<gsinθ且方向沿斜面向下或無論a的大小,方向是沿斜面向上,物體受的靜摩擦力方向沿斜面向上,
(3)當(dāng)傳送帶的加速度為a>gsinθ且方向?yàn)檠匦泵嫦蛳?,則物體受的靜摩擦力方向沿斜面向下。
此題充分體現(xiàn)出來了,物體的受力情況決定了物體的運(yùn)動狀態(tài);物體的運(yùn)動狀態(tài)反映了物體的受力情況。
總之,物體受什么樣的力,就會做什么樣的運(yùn)動,這樣就可以通過物體所做的運(yùn)動情況來判斷他所受到力的情況。
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