摩擦力突变_有关摩擦力的突变点

  “突变”是物理现象中常见的,是一种相关制约的物理量间的跳跃和转折。摩擦力突变,常常导致物体受力和运动性质的突变,其突变点(时刻或位置)往往具有很深的隐蔽性,夹杂在一定难度的习题中,稍不留心,容易导致错解,因此,要解决这类较复杂的问题,首先必须找出摩擦力发生突变的点,分析突变情况。�
  
  1 滑动摩擦力突变为零�
  
  例1 如图1所示,小车静止在光滑的水平面上,物体以初速度v0自小车左端滑上小车,经一段时间,物块与小车的速度都是v,试分析物块与小车共速前后,物块所受摩擦力情况。�
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  分析 物块自滑上小车到与小车共速前一瞬,物块的速度大于小车的速度,物块相对小车的运动是向右的,因此,物块所受滑动摩擦力方向水平向左;当物块与小车共速时,因二者既没有相对运动也没有相对运动的趋势,所以摩擦力为零,由于惯性,物块和小车将保持这种相对静止状态,以共同的速度匀速前进。�
  可见,物块与小车共速前一瞬,受水平向左的滑动摩擦力,后一瞬,不受摩擦力,“共速”成为滑动摩擦力突变的点。�
  
  2 滑动摩擦力突变为静摩擦力�
  
  例2 如图2所示,一弹簧一端系在墙上O点,自由伸长到B点,今将一小物体与弹簧连接并将弹簧压缩到A点,然后释放,小物体能沿水平地面运动到C点静止,试分析物体运动到C点静止前后,物体所受的摩擦力情况。�
  分析 物体到达C点静止前一瞬,相对地面的运动是向右的,因此,受水平向左的滑动摩擦力;物体到达C点及以后,相对地面静止,具有向左的滑动趋势,因此受水平向右的静摩擦力。�
  可见,物体由滑动摩擦力突变为静摩擦力的突变点恰在相对静止的C点。�
  
  3 滑动摩擦力的方向发生突变�
  
  例3 如图3所示,倾角为θ的传送带以速度v逆时针转动。在传送带上端点轻轻放一个小物体,它与传送带间动摩擦因数μ<tanθ,试分析物体与传送带共速前后,物体所受摩擦力情况。�
  分析 物体与传送带共速前一瞬,物体的速度小于传送带的速度,物体相对传送带的运动是沿斜面向上的,因此,物体受沿斜面向下的滑动摩擦力;物体与传送带共速时,二者相对静止,且物体相对传送带有沿斜面向下的运动趋势,所以物体受沿斜面向上的静摩擦力;但由于μ<tanθ,最大静摩擦力小于物体下滑力,所以物体仍有沿斜面向下的加速度,使物体速度继续增大,因此,物体与传送带共速后一瞬,物体的速度大于传送带的速度,物体相对传送带的运动变为沿斜面向下,物体受沿斜面向上的滑动摩擦力。�
  
  由此可见,物体与传送带共速是滑动摩擦力的方向发生突变的突变点。�
  
  4 静摩擦力的方向发生突变�
  
  例4 如图4所示,物体A放在物体B上,B
  与弹簧连接,它们一起在光滑水平面上作简谐运动(O为平衡位置),振动过程中A、B之间无相对运动。分析A、B整体自左向右运动经过平衡位置O前后,物体A所受摩擦力情况。���
  分析 A、B整体在弹簧的弹力作用下作简谐振动,加速度a的方向总指向平衡位置,而在平衡位置时加速度为零。因A与B始终保持相对静止,根据牛顿第二定律,A受的静摩擦力f=ma,方向也总是指向平衡位置,当A、B整体自左向右经过平衡位置O前一瞬,物体A受水平向右的静摩擦力,经过平衡位置O后一瞬,物体A受水平向左的静摩擦力。�
  可见,本题静摩擦力为零的位置,也是静摩擦力方向发生突变的突变点。�
  综上所述,相对速度为零的时刻,常常是滑动摩擦力发生突变的突变点;静摩擦力为零的时候,常常是静摩擦力发生突变的突变点。
  
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