静摩擦的分析方法

如题所述

第1个回答  2016-05-18

1. 条件法
根据静摩擦力产生的条件来判断。这是分析静摩擦力最直接、最基本的方法。
例1. 如图1,在粗糙水平面上有一个三角形木块,在它的两个粗糙斜面上分别放有两上质量为m1和m2的小木块,m1>m2。已知三角形木块和两个小木块都是静止的,试分析粗糙水平面对三角形木块的摩擦力。
分析 三角形木块和两个小木块都静止,则可将三者看成一个整体,如图2。整体在竖直方向受到重力和水平面的支持力作用,合力为零;在水平方向没有受到其它力的作用,没有相对于水平面运动的趋势,因此粗糙水平面对三角形木块没有静摩擦力。
2.假设法
假设不存在静摩擦力,分析物体将会发生怎样的相对运动,从而确定静摩擦力的作用效果。
例2. 如图3,杆AB静止地靠在直角墙上,墙的竖直部分光滑,水平部分粗糙,试分析杆受到的静摩擦力。
分析 假设杆没有受到静摩擦力,那么杆的B端将会向右滑动,说明杆的B端受到水平向左的静摩擦力作用,阻碍杆相对地面向右运动的趋势。3. 平衡法
根据物体处于平衡状态的条件来分析。
(1)利用共点力平衡条件:F合=0
例3. 如图4,质量为m的物块放在倾角为α的固定斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数为,物块在一沿斜面向上的外力F作用下处于静止状态,求物块和斜面间的摩擦力f。
分析 如图5,物块受到重力G、斜面的支持力N和外力F的作用。若物块与斜面间有摩擦力,则为静摩擦力。要确定物块相对于斜面的运动趋势,应先确定外力F与重力沿斜面的分力mgsinα的大小关系。由于F大小未知,利用共点力平衡条件讨论如下:
①若F=mgsinα,物块与斜面间没有相对运动趋势,所以物块和斜面间没有摩擦力。
②若F>mgsinα,物块相对于斜面有向上的运动趋势,斜面对物块的静摩擦力方向沿斜面向下,并且有F=mgsinα+f,即
f=F-mgsinα
③若F<mgsinα,物块相对于斜面有向下的运动趋势,斜面对物块的静摩擦力方向沿斜面向上,并且有F+f=mgsinα,即
f=mgsinα-F。
(2)利用力矩平衡条件:M合=0
例4. 如图6,不可伸长的轻绳将一个均匀的、重为G的球悬于竖直墙上的A点,球静止,绳系在球上的C点。试分析球与竖直墙面间的静摩擦力方向。
分析 分析球的受力如图7。以球心为支点,合力矩为零。其中,重力G和支持力N均过球心,力矩为零,所以,静摩擦力的力矩与绳子拉力的力矩大小相等、方向相反,因此B处的静摩擦力方向一定竖直向上,产生逆时针方向力矩,与绳的拉力T产生的顺时针力矩平衡。
4. 利用牛顿第二定律分析
例5. 如图8,A、B两物体叠放在固定的光滑斜面上共同下滑,求B受到的静摩擦力。
分析 先以A、B整体为研究对象,因为斜面光滑,所以A、B共同下滑的加速度a=gsinθ。
再以物体B为研究对象,它的加速度也为a。如图9,将a沿水平方向和竖直方向分解为ax、ay。分析B的受力,由牛顿第二定律可知,重力与支持力的合力产生了竖直方向的加速度ay,而水平方向的加速度ax应由水平向左的静摩擦力产生,所以
方向向左。
5. 利用牛顿第三定律分析
例6. 如图10,在力F的作用下,质量均为m的A、B两物体均静止,试分析A受到的静摩擦力。
分析 直接隔离A很难分析其受力情况。可先隔离B,如图11,可知A对B的静摩擦力和B的重力是一对平衡力,即A对B的静摩擦力fAB=mg,方向竖直向上。根据牛顿第三定律得,B对A的静摩擦力fBA=mg,方向竖直向下,由于A处于平衡状态,由平衡条件可知,A还受到墙对它的静摩擦力F=2mg,方向竖直向上。
小结静摩擦力的分析方法多且活,要根据具体问题的特点选择适当的方法。以上方法的运用往往不是独立的,要注意联系和有机结合。

相似回答