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磨擦力做功问题对大多数朋友们来说很难理解,一是磨擦力方向很难掌握,磨擦力大小估算也很难(非常是静磨擦力),磨擦力既可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。磨擦力做功的过程中可以形成热量,做的功可以全部转化成热量,也可以一部份转化成热量,也可以不转化为热量,等等的那些早就把朋友们搞晕了,那应当怎样理解磨擦力做功问题呢?做功估算公式W=Fx。
要理解磨擦力做功问题,首先回顾一下功与能的关系。
功是能转化的手段,能量要转化,必需要通过做功完成。
能是功转化的量度,转化了多少能量,就要做多少功。
静磨擦力做功
静磨擦力由于物体之间没有相对运动,所以静磨擦力不会形成热量,但静磨擦力可以不做功,也可以做功,下具体取几个反例。
1、静磨擦力不做功
推袋子没推进,静磨擦力不做功。
水平力F拉物块,物块静止,静磨擦力不做功。
虽然人在正常走路过程中,静磨擦力也不做功。
2、静磨擦力做功
(1)静磨擦力做正功
如上图,水平面上叠放着A和B两个物块,给A物块一水平往右的斥力F,A、B一起往右做加速运动,B物块往右的加速度只能由静磨擦力提供,此时A对B的静磨擦力对物块B做正功,使物块B往右加速运动。
(2)静磨擦力做负功
如上图,A、B两物块一起往右做减速运动,B也往右做减速运动,减速的加速度只能由A对B的静磨擦力提供,此时A对B的静磨擦力对B做负功,使物块B往右减速运动。
静磨擦力做功总结:
1、静磨擦力可以不做功,可以做正功,可以做负功。
2、静磨擦力做功过程中不会形成热量,系统内只形成机械能转化。
3、一对静磨擦力做功代数和必为零。
滑动磨擦力做功
滑动磨擦力做功问题要比静磨擦力做功复杂一点,由于滑动磨擦力做功过程中会有内能的转化。
1、滑动磨擦力不做功
如上图所示,A、B接触面间粗糙,A物块下端细绳被剪短,现对物块B施加一水平往右的力F,物块B往右滑动,很显著在此过程中,B对A的滑动磨擦力对A不做功,A对B的滑动磨擦力对B做负功。
2、滑动磨擦力做负功
滑动磨擦力做负功十分常见,如右图,一物块在粗糙的水平面上减速运动摩擦力做功一定生热吗,很显著滑动磨擦力做负。
3、滑动磨擦力做正功
如上图所示,光滑的水平面上有一静止的物块,有一炮弹攻入物块并留在物块中,在炮弹打进物块的过程中,炮弹在做减速,物块在做加速,滑动磨擦力对炮弹做负功,对物块做正功。
滑动磨擦力做功与生热问题
滑动磨擦力做功过程中会形成焦耳热,Q=fs(s为相对滑动的路程)。
如上图所示,光滑水平面上有一足够长的长木板,质量为m,长木板有水平向左的初速率V,长木板上有一质量为m的物块,物块速率水平往右。
由动量守恒可知,最后二者同时相对地面静止。
形成的焦耳热Q=μmgS。
能量转化关系:系统的动能通过磨擦力做功转化成焦耳热。
如上图所示,光滑水平面上有一静止的足够长的长木板,质量为m,长木板上端有一质量为m的物块摩擦力做功一定生热吗,长木板与物块之间的磨擦质数为μ,现给物块一水平往右的速率,求当二者相对静止时,系统形成的焦耳热Q,磨擦力对物块做了多少功?磨擦力对长木板做了多少功?
从开始运动到二者相对静止时的图解如上图。
形成的焦耳热Q=μmgSo。
磨擦力对长木板做的功W1=μmgS1。
磨擦力对物块做的功W2==μmgS2。
为何W1不等于W2?由于磨擦力做的功还有一部份转化成了内能,即形成了焦耳热。
W2=W1+Q。
能量转化关系:系统的一部份动能通过磨擦力做功转化成焦耳热。
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