摩擦力疑惑問題探析

左貝林

摩擦力是高中物理的重點和難點，其形成機理從微觀來看是很復雜的，但是高中階段有關摩擦力知識和規律是基于經驗和實驗得出的，只是引入概念，方便學生理解、計算，可能有一定的局限性。筆者在學習中就遇到一些困惑，本文擬就兩個疑惑問題進行探析，旨在引發摩擦力本質問題多方的討論。

問題一：一道競賽題引發的思考，靜摩擦力的方向一定與相對運動趨勢的方向相反嗎？

該競賽題在眾多物理奧賽指導叢書上均有引用并附詳解，筆者對此題兩種解法感到費解，經過分析，發現兩解法出現分歧與摩擦力本質問題有關。

（一）題目及解法

質量為m、長為l的勻質細棒AB一端A通過可以在任意方向自由轉動的鉸鏈固定于水平地面（xOy平面）上，另一端B靠在豎直墻面（yOz平面）上，如圖所示。自A至墻引垂線AO′，已知∠O′AB=α，棒與墻間的摩擦因數為μ。求棒不至滑下時AO’B所在平面與鉛垂面的最大傾角θ及此時墻對棒的支持力N。

原解：若B端能夠沿著墻滑動，其軌跡必然在以O’為圓心，以O’B長為半徑的圓周上，所以摩擦力f的方向必然沿著圓弧的切線方向。

對于解一與解二的矛盾根源，筆者的拙見是：在于摩擦力方向“相對運動趨勢方向相反”是否妥當。第一，因為當接觸的運動是一維的時候，其運動方向與相對運動趨勢方向只有兩種，方向是很好確定的。而當接觸點的運動是二維的時候（如上題），問題就麻煩了，因為運動趨勢方向是否與摩擦力方向相反，或運動趨勢方向是向哪里并不是那么好確定的，如上題，解一與解二便是在這一點上出現分歧。……