静磨擦力是被动的接触力(即只能在两个互相接触的物体之间形成),其大小、方向常常不易直接判定,须要与物体的运动状态相结合,通过牛顿定理来判别。
物体受力情况与物体运动状态联系的本质是:
"物体的受力情况决定了物体的运动状态;物体的运动状态反映了物体的受力情况。"这是判定静磨擦力有无以及形成的大小和方向的重要根据,其实质是牛顿第二定理。
依据牛顿第二定理,物体的运动中反映力作用疗效的数学量就是物体的加速度a:
当物体运动的加速度为零时,就按照力的平衡多项式判定;
当物体运动的加速度a不为零时,就按照牛顿第二定理F=ma判别。
例1、如图,斜面体p置于水平面上,物体Q置于斜面上,Q遭到一个如图方向的水平斥力F,p和Q都保持静止,这时Q遭到的静磨擦力大小为f1,p遭到水平面的静磨擦力的大小为f2,现将力F逐步变大,但不破坏Q、p的静止状态,这么f1、f2怎样变化?
例1
解:(1)P、Q整体处于静止状态(平衡状态),
若将p、Q合为一整体看(整体法)摩擦力受力分析步骤,
则水平方向只受力F和水平面对p物的静磨擦力f2,
由于p、Q处于平衡状态
则有f2=F,
当F减小时,物体依然处于平衡,
仍有:f2=F
∴f2变大
(2)剖析Q物体的受力情况(隔离法),
如图,物体Q处于平衡状态,
而力F、支持力N和重力G也可以维持平衡,即合力为零,
所以这时难以判断静磨擦力f1的有无、大小和方向,
这样,当F减小时也难以判断f1是减小还是减少。
例1隔离法剖析图
下边分情况进行剖析:
(a)若F由零开始减小,则这时f1的方向为沿斜面向下,随着F的减小,f1降低;
(b)当F与N、G合力为零时,f1=0;
(c)当F继续减小时,则f1的方向变为沿斜面向上,随F的减小而减小。
例2、质量为m的物体放在传送带上,传送带与水平面的倾角为θ,当传送带运动时,物体相对
传送带仍然保持静止,物体受的磨擦力方向怎样?
例2
解:物体受力如图,
∵直接反映受力的运动学量为加速度a,而与速率无关。
∴物体相对传送带静止时,受传送带的支持力和物体的重力,
这两个力的合力形成的大小mgsinθ,方向沿斜面向上,
依据牛顿第二定理,
其形成的加速度为大小为:gsinθ,方向为沿斜面向上。
例2剖析图
在沿斜面方向上,依据牛顿第二定理分情况判定:
(1)当加速度方向为沿斜面向上时:
(a)且当传送带的加速度为a=gsinθ
物体受的静磨擦力为零;
(b)且当传送带的加速度为a>gsinθ
物体受的静磨擦力方向沿斜面向上;
(c)且当传送带的加速度为a
物体受的静磨擦力方向沿斜面向下。
(2)当加速度为0时:
物体受的静磨擦力方向沿斜面向下
(3)当加速度方向为沿斜面向下时:
物体受的静磨擦力方向沿斜面向下
例2中物体已知所遭到的支持力和重力所形成的加速度,大小为gsinθ,方向沿斜面向上,依据牛顿第二定理,当物体的加速度大小或方向发生变化的时侯,这种变化都是由磨擦力形成的,因而就可以通过这种变化来判定磨擦力的方向。
(1)当物体加速度,大小为gsinθ,方向沿斜面向上,静磨擦力为0;
(2)当传送带的加速度为a
(3)当传送带的加速度为a>gsinθ且方向为沿斜面向上,则物体受的静磨擦力方向沿斜面向上。
此题充分彰显下来了,物体的受力情况决定了物体的运动状态;物体的运动状态反映了物体的受力情况。
其实,物体受哪些样的力摩擦力受力分析步骤,都会做哪些样的运动,这样就可以通过物体所做的运动情况来判定他所遭到力的情况。