斜面體與地面摩擦力大小問題
關於受力分析,有時候小夥伴們總是問我「 為什麽力是這個方向的? 」
關於這一點,我希望小夥伴們學會「 運動狀態反推法 」,就是說某個方向存在加速度的話,必然在該方向上有力的作用,或者分力作用。
今天,主要回答一個小夥伴的問題,就是 斜面體與地面之間摩擦力 的大小和方向問題,
這其實就是一個很簡單的受力分析。
這裏只討論斜面體固定不動的情形。
第一類:平衡類問題,
如下圖,斜面體靜止不動,小物塊保持靜止或者勻速下滑運動,
則整體為平衡狀態,所以整體分析,斜面體不受到地面摩擦力作用。
若如下,小物塊在沿著斜面的外力 F 作用下,保持靜止或勻速運動,
則,由整體平衡可知,在水平方向上, f=F\cos θ ,方向如上圖所示。
第二類:非平衡狀態,小物塊存在加速度情形,
如下,若斜面體固定,上表面光滑,品質為 m 的小物塊從斜面頂端自由滑下,
則,小物塊的加速度, a=g\sinθ ,
由系統牛頓第二定律,這個看不懂的可以先學習「袁野:力學三大整體法之牛二整體法」文章,
在水平方向上, f=ma\cosθ=m g\sinθ\cos θ 。
若更加復雜一點,比如,斜面體上表面粗糙,摩擦系數為 μ ,小物塊在如圖所示的沿著斜面的外力 F 作用下沿斜面勻加速下滑,
則,同樣先求小物塊的加速度,大小為 ,
a=g\sinθ-μg\cosθ-\frac{F}{m} ,
然後同樣由系統牛頓第二定律可知,
f-F\cosθ=ma\cosθ ,
得到, f=mg\sinθ\cosθ-μmg\cos^2θ 。
第三類:運用摩擦角的技巧
如下圖,斜面體靜止不動,在沒有外力作用下,小物塊剛好能夠在斜面上勻速下滑,若此時在小物塊上再作用一個如圖所示的外力 F ,小物塊仍然沿斜面下滑,
則,根據沒有外力作用時,小物塊勻速下滑可知,
斜面對小物塊的支持力 N 和摩擦力 f 的合力豎直向上,和重力 mg 平衡,
其中, \tanθ=\frac{f}{N}=μ ,
現在若在小物塊上增加了作用力 F ,雖然斜面對小物塊的支持力和摩擦力大小都會變,但是支持力和摩擦力的合力方向不會發生變化,因為仍然滿足, \tanθ=\frac{f}{N}=μ ,
所以,小物塊對斜面的壓力和摩擦反力的合力也是一直保持豎直向下的,
因而對斜面體而言,只受到小物塊豎直方向的作用力和自身重力,
故地面對斜面體的摩擦力為0!
關於上面這個問題,在「袁野:關於滑動摩擦力的解題小技巧,彈力與摩擦力合成的運用」文章中有非常詳細的介紹!
忘記是哪位小夥伴問我這個問題了,私信太多了,聊天被淹沒了!
最後希望小夥伴們多多支持啦!有什麽想要了解的知識點可以留言,我會選取一些有意思的問題來做一些專題哈。
另外,很多小夥伴私信我的問題,其實我都已經寫過啦!小夥伴們可以關註我的專欄自行學習哈!
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好了,小夥伴們,咱們下期再見啦!