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一个物体从斜面上加速下滑,斜面静止,求地面对斜面的摩擦力是多少?

2014-04-12知识

斜面体与地面摩擦力大小问题

关于受力分析,有时候小伙伴们总是问我「 为什么力是这个方向的?

关于这一点,我希望小伙伴们学会「 运动状态反推法 」,就是说某个方向存在加速度的话,必然在该方向上有力的作用,或者分力作用。

今天,主要回答一个小伙伴的问题,就是 斜面体与地面之间摩擦力 的大小和方向问题,

这其实就是一个很简单的受力分析。

这里只讨论斜面体固定不动的情形。

第一类:平衡类问题,

如下图,斜面体静止不动,小物块保持静止或者匀速下滑运动,

则整体为平衡状态,所以整体分析,斜面体不受到地面摩擦力作用。

若如下,小物块在沿着斜面的外力 F 作用下,保持静止或匀速运动,

则,由整体平衡可知,在水平方向上, f=F\cos θ ,方向如上图所示。

第二类:非平衡状态,小物块存在加速度情形,

如下,若斜面体固定,上表面光滑,质量为 m 的小物块从斜面顶端自由滑下,

则,小物块的加速度, a=g\sinθ ,

由系统牛顿第二定律,这个看不懂的可以先学习「袁野:力学三大整体法之牛二整体法」文章,

在水平方向上, f=ma\cosθ=m g\sinθ\cos θ 。

若更加复杂一点,比如,斜面体上表面粗糙,摩擦系数为 μ ,小物块在如图所示的沿着斜面的外力 F 作用下沿斜面匀加速下滑,

则,同样先求小物块的加速度,大小为 ,

a=g\sinθ-μg\cosθ-\frac{F}{m} ,

然后同样由系统牛顿第二定律可知,

f-F\cosθ=ma\cosθ ,

得到, f=mg\sinθ\cosθ-μmg\cos^2θ 。

第三类:运用摩擦角的技巧

如下图,斜面体静止不动,在没有外力作用下,小物块刚好能够在斜面上匀速下滑,若此时在小物块上再作用一个如图所示的外力 F ,小物块仍然沿斜面下滑,

则,根据没有外力作用时,小物块匀速下滑可知,

斜面对小物块的支持力 N 和摩擦力 f 的合力竖直向上,和重力 mg 平衡,

其中, \tanθ=\frac{f}{N}=μ ,

现在若在小物块上增加了作用力 F ,虽然斜面对小物块的支持力和摩擦力大小都会变,但是支持力和摩擦力的合力方向不会发生变化,因为仍然满足, \tanθ=\frac{f}{N}=μ ,

所以,小物块对斜面的压力和摩擦反力的合力也是一直保持竖直向下的,

因而对斜面体而言,只受到小物块竖直方向的作用力和自身重力,

故地面对斜面体的摩擦力为0!

关于上面这个问题,在「袁野:关于滑动摩擦力的解题小技巧,弹力与摩擦力合成的运用」文章中有非常详细的介绍!

忘记是哪位小伙伴问我这个问题了,私信太多了,聊天被淹没了!

最后希望小伙伴们多多支持啦!有什么想要了解的知识点可以留言,我会选取一些有意思的问题来做一些专题哈。

另外,很多小伙伴私信我的问题,其实我都已经写过啦!小伙伴们可以关注我的专栏自行学习哈!

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好了,小伙伴们,咱们下期再见啦!