談如何正確理解摩擦力

張子琦

摩擦力是高中物理的重點內容，也是學習難點。對于物體間是否有摩擦力、如何判斷摩擦力的性質和方向、怎樣計算摩擦力的大小，不少同學存在一些模糊不清的甚至錯誤的認識。探討了如何正確地理解摩擦力的問題。

摩擦力摩擦力方向滑動摩擦力公式摩擦力是高中物理的重點內容，也是學習難點，對于物體間是否有摩擦力、如何判斷摩擦力的性質和方向、怎樣計算摩擦力的大小，不少學生存在一些模糊不清的甚至錯誤的認識，下面就談一談如何正確地理解摩擦力。

一、如何判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力

摩擦力有靜摩擦力和滑動摩擦力之分，但并非只有靜止物體受到靜摩擦力，也不是運動物體才能受到滑動摩擦力，摩擦力發生在相互接觸并擠壓的兩個接觸表面不光滑的物體之間，如果兩物體之間存在相對運動，則有相互作用的滑動摩擦力；如果這兩個物體相對靜止，并存在相對運動趨勢，則物體間有相互作用的靜摩擦力，這里所指的“相對運動”是指相互作用的物體相對于接觸的另外一個物體的運動，即以接觸的另外一個物體為參考系，而并非是以地面為參考系，因此，若從地面參考系（或別的物體作為參考系）來觀察，那么靜止的物體可能受到靜摩擦力，也可能受到滑動摩擦力；運動物體可能受到滑動摩擦力，也可能受到靜摩擦力，如圖1甲所示，A、B在水平力F作用下，一起向左做加速運動，A是運動的（相對地面參考系），而且是加速運動的，但A相對于B保持相對靜止，A向左做加速運動，受到向左的力的作用，這個力是B給A的向左的靜摩擦力，而不是滑動摩擦力，圖1乙中A被輕繩水平拉住，B在力F的作用下，向左運動，這里A被限制了空間運動，相對地面是靜止的，但是它相對于B是運動的，不管B向左還是向右、勻速還是變速運動，只要B表面粗糙，A相對于B是運動的，受到的是B對它的滑動摩擦力。

二、摩擦力方向的判斷

摩擦力的方向總是阻礙物體的相對運動或相對運動趨勢，滑動摩擦力的方向與物體相對運動方向相反，靜摩擦力方向總是與物體相對運動趨勢方向相反，而并不一定與物體的運動方向相反，這里的“運動”與“相對運動”是兩個不同的概念，這里“物體的運動”是指物體相對地面的運動，并非以相互作用的另一物體作為參考系，要明確知道“摩擦力的方向總是與物體相對運動（相互作用的另一物體為參考系）方向或相對運動趨勢方向相反”，如在光滑水平面上有一靜止的長木板，另一木塊C以一定的初速度v滑上表面粗糙的長木板，此時木塊C與木板間的摩擦力為滑動摩擦力，且木塊C受到的摩擦力與其（相對地面的）運動方向相反，而木板所受到的摩擦力則與其（相對地面的）運動方向相同，但二者受到的摩擦力均與其相對（以相互作用的另一物體為參考系）運動方向相反。

三、對摩擦力阻礙相對運動或相對運動趨勢的正確理解

摩擦力的作用效果是摩擦力阻礙物體間的相對運動或阻礙物體間的相對運動趨勢，但不一定阻礙物體間的實際運動（相對于地面），摩擦力可以是阻力，也可以是動力，例如人行走時，人與地面間的摩擦力對人來說是動力；在圖2中，木塊C所受到的摩擦力是阻力，而木板所受到的摩擦力則是動力。

四、正確選擇摩擦力大小的計算方法

靜摩擦力與滑動摩擦力大小的計算方法是不同的，對于靜摩擦力沒有定值和現成的計算公式可以利用，其大小在0～Fmax之間變化，究竟等于多少依靠運動規律來解，即應用平衡知識或牛頓運動定律來確定求解；而滑動摩擦力的大小有公式f=μFN，滑動摩擦力與正壓力成正比，正壓力越大，滑動摩擦力越大；最大靜摩擦力也是與正壓力成正比，由于兩種摩擦力的不同，在遇到求摩擦力大小的問題時要首先判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力，再分別根據靜摩擦力和滑動摩擦力的特點求解，如用手握緊瓶子、木棒等物體，使其在空中處于靜止狀態，當增加手的握力，則手與所握物體間的靜摩擦力并沒有增大，其大小總是等于物體重力的大小，隨握力增大而增大的是最大靜摩擦力的大小。

五、對滑動摩擦力公式的正確理解

公式f=μFN中的正壓力FN的大小不一定等于物體所受的重力的大小，壓力是根據作用效果命名的一種力，其方向總與接觸面垂直并指向受力物體，即屬于彈力，重力方向始終是豎直向下的，一般情況下兩者大小不相等，只有在一些特殊情況時才相等，例如沿粗糙斜面滑動的物體，所受摩擦力的大小由動摩擦因數μ和物體對斜面的壓力決定，而物體對斜面的壓力大小等于物體所受重力沿垂直斜面方向上的分力大小。另外，滑動摩擦力的大小只由μ、FN決定，與物體的運動狀態和接觸面積的大小無關，滑動摩擦力的大小與接觸面的面積無關，是因為接觸面積的大小并不能改變兩個物體間的動摩擦因數和兩物體間的正壓力FN，故兩物體間的滑動摩擦力不變（此時接觸面積的大小變化會改變受力面上壓強的大小）。endprint