▷ 摩擦力（或摩擦力）

本文解释了物理学中的摩擦力（或摩擦力）是什么以及它是如何计算的。因此，您将找到摩擦力的特性、存在的两种类型的摩擦力，以及需要练习的具体练习。

什么是摩擦力？

摩擦力，也称为摩擦力，是试图将一个物体移动到另一个物体表面时产生的接触力。

更准确地说，摩擦力是沿与运动平行且相反的方向施加的力。

摩擦力有两种类型：静摩擦力和动摩擦力。根据具体情况，其中一个或另一个采取行动。下面我们就来看看它们之间的区别。

一般情况下，摩擦力用符号F _R表示。

摩擦力特性

现在我们知道了摩擦力（或摩擦力）的定义，我们来看看这类力有什么特点：

摩擦力是接触力，也就是说，只有两个表面接触时才会产生摩擦力。
此外，只有当一个物体移动或试图在另一个物体上方移动时，摩擦力才会出现。
摩擦力的方向与运动方向平行。
摩擦力的方向与运动方向相反。
摩擦力不取决于物体滑动的速度。
摩擦力不取决于接触表面的大小。
但摩擦力取决于接触的材料、表面光洁度和温度。
摩擦力与法向力成正比。

摩擦力公式

摩擦力等于摩擦系数乘以法向力。因此，要计算摩擦力，必须首先找到法向力，然后将其乘以两个接触表面之间的摩擦系数。

因此，摩擦力（或摩擦力）的公式如下：

$F_R=\mu\cdot N$

金子：

$F_R$

是摩擦力或摩擦力，以牛顿表示。
$\mu$

是摩擦系数，没有单位。
$N$

是法向力，以牛顿表示。

静摩擦力和动摩擦力

摩擦力的大小取决于身体是静止还是运动。例如，您肯定尝试拖动一个非常重的物体，一开始很难移动它，但是一旦您设法稍微移动物体，继续拖动物体就会变得更容易。

事实上，一般来说，物体静止时的摩擦力大于物体运动时的摩擦力。

因此，我们区分两种类型的摩擦力（或摩擦力）：

静摩擦力：这是物体尚未运动时作用的摩擦力。
动态（或动能）摩擦力：这是身体已经开始运动时产生的摩擦力。

同样，静摩擦系数也与动摩擦系数不同，静摩擦系数分别用于确定静摩擦力和动摩擦力。

最后，摩擦力的值变化如下图所示：

静摩擦力等于试图移动物体所施加的力，但方向相反。其最大值是静摩擦系数与法向力之间的乘积。当施加的力超过该值时，身体开始移动。

因此，当物体已经运动时，无论施加的力的值是多少，动摩擦力都具有恒定值，该值等于动摩擦系数与法向力之间的乘积。另外，该值略低于静摩擦力的最大值。

摩擦力练习题解答

练习1

它的目的是在平面上移动质量为 m=12 kg 的块，并在施加 35 N 的力时开始移动。地面与木块之间的静摩擦系数是多少？数据：g=10m/s ² 。

查看解决方案

首先，我们绘制作用在块上的所有力的图表：

在平衡极限情况下，满足以下两个方程：

$N=P$

$F_R=F$

因此，摩擦力将等于施加到物体上的水平力：

$F_R=F=35 \ N$

另一方面，我们可以使用重力公式计算法向力的值：

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

最后，一旦我们知道了摩擦力和法向力的值，我们就可以应用静摩擦系数的公式来确定其值：

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

练习2

我们将质量 m=6 kg 的物体放置在倾斜 45° 的平面的顶部。如果物体以4 m/s ²的加速度在斜面上滑动，则斜面表面与物体表面之间的动摩擦系数是多少？数据：g=10m/s ² 。

查看解决方案

要解决任何有关动力学的物理问题，我们需要做的第一件事就是绘制自由体图。因此，系统中作用的所有力是：

在轴 1 的方向（平行于斜面），物体有加速度，但在轴 2 的方向（垂直于斜面），物体处于静止状态。根据这些信息，我们提出系统力的方程：

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

因此，我们可以从第二个方程计算法向力：

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

另一方面，我们根据第一个方程计算摩擦力（或摩擦力）的值：

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

一旦我们知道法向力和摩擦力的值，我们就可以使用相应的公式确定动摩擦系数：

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$

练习3

70 kg 的雪橇以 2 m/s 的初始速度沿着 30° 的斜坡滑下。如果雪橇与雪之间的动摩擦系数为0.2，计算雪橇行驶20米后获得的速度。数据：g=10m/s ² 。

查看解决方案

首先我们制作雪橇的自由体图：

雪橇在轴 1 方向（平行于斜面）有加速度，但在轴 2 方向（垂直于斜面）保持静止，因此力方程为：

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

从第二个方程我们可以计算出作用在雪橇上的法向力

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=70 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(30º)\\[3ex]N=606,22 \ N\end{array}$

既然我们现在知道了法向力的值和动摩擦系数，我们就可以通过应用相应的公式来计算摩擦力：

$F_R=\mu\cdot N=0,2 \cdot 606,22=121,24 \ N$

因此，为了确定最终速度，我们必须首先找到雪橇的加速度，这可以根据第一个力方程计算出来：

$P_1-F_R=m\cdot a$

$a=\cfrac{P_1-F_R}{m}$

$a=\cfrac{m\cdot g\cdot \text{sin}(\alpha)-F_R}{m}$

$a=\cfrac{70\cdot 10\cdot \text{sin}(30º)-121.24}{70}$

$a=3,27 \ \cfrac{m}{s^2}$

一旦我们知道了雪橇的加速度，我们就可以用匀加速度直线运动方程计算出行驶 20 米所需的时间：

$x=v_0\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot a \cdot t^2$

$20=2\cdot t +\cfrac{1}{2}\cdot 3.27 \cdot t^2$

$0=1,64t^2+2t-20$

$\displaystyle t=\cfrac{-2\pm \sqrt{2^2-4\cdot 1.64\cdot (-20)}}{2\cdot 1.64}=\cfrac{-2\ pm 11.63}{ 3.28}=\begin{cases}2.94\\[2ex]-4.15 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}$

从逻辑上讲，我们排除了负解，因为时间是一个不能为负的物理量。

最后，我们使用恒定加速度公式计算最终速度：

$a=\cfrac{v_f-v_0}{t_f-t_0}\quad \longrightarrow \quad v_f=a\cdot (t_f-t_0)+v_0$

$v_f=3,27\cdot (2,94-0)+2=11,61 \ \cfrac{m}{s}$

什么是摩擦力？

摩擦力特性

摩擦力公式

静摩擦力和动摩擦力

摩擦力练习题解答

练习1

练习2

练习3

发表评论 取消回复

发表评论取消回复