摩擦力及其實際應用分析

摘 要：摩擦力在實際生產、生活中是處處存在的。掌握摩擦力的有關知識，既有利于了解摩擦力的重要作用，合理利用摩擦力，也有利于了解摩擦力的危害，盡量減少摩擦力造成的損失。

關鍵詞：摩擦力； 大??； 方向； 應用分析

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2016）01-012-002

摩擦力在人類生產活動和日常生活中普遍存在，與人們息息相關。下邊就中學學過的滑動摩擦力和靜摩擦力的有關知識及其應用加以分析。

一、關于摩擦力的有關知識

當一個物體在另外一個物體表面發生相對運動或有相對運動趨勢時，產生阻礙物體相對運動或相對運動趨勢的力叫做摩擦力。摩擦力的方向與接觸面相切，與物體相對運動或相對運動趨勢的方向相反?；瑒幽Σ亮挽o摩擦力在計算大小或其他性質方面各不相同：

1.摩擦力大小的計算：滑動摩擦力的大小由公式：f=μFN來計算，影響FN大小的因素很多，計算時應特別注意F大小的確定。靜摩擦力大小的計算較滑動摩擦力復雜：靜摩擦力大小由物體的受力和運動狀態決定，并隨其變化靜摩擦力大小在零和最大之間變化。如圖1所示，放在水平面上的物體在力F的作用下沒有動，這時物體受到水平面對它的靜摩擦力f由力的平衡確定：即：f=F，并當F變化時f也隨之變化，總有f=F（F不超出最大靜摩擦力）；如圖2所示，力F拉著物塊AB在光滑的水平面上一塊加速運動。物塊A受到B對它的靜摩擦力f=ma，由牛頓第二定律計算，a為AB運動的加速度。

2.摩擦力的方向確定：確定摩擦力的方向關鍵就在于判斷一個物體相對于另外一個物體的運動趨勢的方向。如圖3所示，以速度V水平運動的皮帶，當物塊以水平速度V射向皮帶，當V0V時，物塊相對于皮帶的運動方向向前，物塊受到的滑動摩擦力的方向向后，與運動方向相反。

如圖2所示，A受到的靜摩擦力的方向與運動方向相同；如圖4所示，AB一塊在粗造的水平面上以速度V減速運動，A受到的靜摩擦力的方向與運動方向相反。無論靜摩擦力還是滑動摩擦力的方向都可以與運動的方向相同或相反。

二、關于摩擦力做功與摩擦生熱的分析

1.一對靜摩擦力做功

摩擦力總是成對出現的。仍然以圖2為例，A受到B的靜摩擦力f1，B受到A的靜摩擦力f2，且f1=-f2。因為A和B一起運動，所以相同時間內，A的位移S1和B的位移S2相等，故f1對A做功W1=f1×S1，f2對B做功W2=f2×S2=-f1×S1，一對靜摩擦力做功代數和為零，說明B物體減少的機械能W2和A增加的機械能W1數量相等。即B物體部分的機械能轉移給A。一對靜摩擦力只進行物體間的能量轉移，而沒有機械能的轉化，也就是沒有生熱。又如圖1所示，物塊和地面受到的靜摩擦力都不做功。一對靜摩擦力做功代數和仍為零，不但不生熱，也沒有物體間的能量轉移。

2.一對滑動摩擦力做功

滑動摩擦力做功比靜摩擦力做功要復雜，一對滑動摩擦力做功不僅要進行物體間的能量轉移，還要有機械能的損耗。以典型的“子彈打物塊”模型為例，光滑水平面上放有一靜止物塊，從遠處射來一子彈打中物塊并留在物塊內，打入的深度為d，子彈與物塊間滑動摩擦力為f，物塊的位移為S。在這個過程中，f對物塊做的功為W1=f×s，對子彈做的功為W2=-f×（s+d），W1+W2=-f×d，由此可見，一對滑動摩擦力做功代數和為負值，W2是子彈減少的機械能，W1是子彈轉移給木塊的機械能，二者相差f×d，即損失的機械能也就是產生的熱，即Q=f×d，其中d就是子彈和物塊的相對位移，即產生的熱等于滑動摩擦力乘以相對滑動位移。簡單的情況：如果一物體在粗糙水平面上滑行距離S，由于水平面不動，相對位移為S，生熱為：Q=f×S?？傊?，一對靜摩擦力做功不產生熱，只有一對滑動摩擦力做功才產生熱。

三、摩擦力在實際生產生活中的應用分析

摩擦力在自然界中是普遍存在的，很多時候我們完成的許多事情正是利用了摩擦力，下面就幾個摩擦力應用的典型事例加以分析。

1.人行走過程中的摩擦力

人在行走的過程中，總是一個腳在前，另一個腳在后。如圖5所示，當向前的腳抬起的過程中，人的重心向前移，同時后邊的一只腳使勁向后蹬地，根據作用力和反作用力，后邊的腳受到地面對人向前的靜摩擦力的作用。正是這個向前的靜摩擦力的作用推動人向前運動，當人的兩只腳交替蹬地就能獲得持續的作用力，維持人向前行走。所以說人的行走就是靠鞋底與地面之間的靜摩擦力來實現的。

2.拔河比賽的勝負

拔河比賽的勝負，通過對拔河隊員的受力分析我們可以明白，拔河隊員水平方向受兩個力，一個是通過繩子對方隊員對本隊的拉力，另一個是地面作用于本隊的靜摩擦力，受力如圖6所示。各隊所受繩的拉力大小相等。各隊所受地面的最大靜摩擦力由鞋底和地面之間的靜摩擦因數和隊員對地面的壓力決定。（因為最大靜摩擦力fm=μ0FN）當對方隊員對該隊的拉力大于該隊受到地面的最大靜摩擦力時，該隊就被拉動，就會失敗。因此，增大鞋底與地面最大靜摩擦力是勝負的關鍵。穿上鞋底有花紋的鞋子，拔河隊員的重心下移，使勁蹬地，是取勝的關鍵。

3.汽車行進時的摩擦力

如果是載重汽車，后輪驅動，汽車行進時后輪受到的摩擦力向前，前輪受到的摩擦力向后。如圖7所示，向前的摩擦力是汽車行進的動力，向后的摩擦力是汽車行進的阻力。如果是轎車，前輪驅動，情況則相反。

另外，摩擦力的應用實例還有很多，如利用皮帶提升物體等等。

通過以上實例可以了解到，摩擦力對于人們很重要。試想，如果沒有摩擦力，人們將站在原地無法走動；汽車和高速列車將無法啟動，行駛后也將無法停下來；工廠生產出的零部件，也無法用螺絲釘組裝成完整的家具、電器、車輛等產品。可見，無處不在的摩擦力也是世界運轉的潤滑劑。但是，任何事物都有兩面性，有些摩擦力也是有害的。比如機器運轉時各個部件之間的摩擦會造成能量的無用損耗，使部件磨損，這時我們就要想辦法減少摩擦力，如在機器轉動部分加上軸承，變滑動摩擦為滾動摩擦，或者在轉動軸上加潤滑油等?？傊覀儜敿訌妼δΣ亮Φ难芯颗c認識，趨利避害，使摩擦力在人類生產生活中發揮更大作用。