淺析摩擦力的方向

鄭佳

摘 要：初中物理力學(xué)是難點(diǎn)也是重點(diǎn)，而解決摩擦力的問題尤為關(guān)鍵。摩擦力方向的判斷，是初中物理的一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)于剛接觸初中物理的初二學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，絕大多數(shù)學(xué)生雖然對(duì)摩擦力的概念能理解，但碰到具體關(guān)于摩擦力方向問題往往一籌莫展。下面來談一談自己判斷摩擦力方向的一點(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞：摩擦力 方向 相對(duì)運(yùn)動(dòng)

一、定義法

滑動(dòng)摩擦力方向：用“定義法”分析滑動(dòng)摩擦力的方向關(guān)鍵是在于區(qū)分“運(yùn)動(dòng)方向”和“相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向”這兩個(gè)概念。我們所說“運(yùn)動(dòng)方向”是物體相對(duì)于“地面”而言的，而相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向是物體相對(duì)于“施加摩擦力的物體”而言的。清楚了這兩個(gè)概念，那我們就掌握了解題要領(lǐng)……

例1：如圖，在勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的輸送帶上，將一袋大米以初速度為零輕輕放在傳送帶上，試分析米袋在水平方向受到的摩擦力的方向。

錯(cuò)解：米袋放在傳送帶時(shí)后，將在滑動(dòng)摩擦力的帶動(dòng)下相對(duì)地面向右運(yùn)動(dòng)，則物體受到的摩擦力方向向左。

錯(cuò)解分析：米袋向右運(yùn)動(dòng)是對(duì)的（以地面為參考系），但米袋相對(duì)傳送帶（以A點(diǎn)為參考點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)方向是向左的（而不是相對(duì)地面，與地面無任何關(guān)系），所以受到的摩擦力的方向是向右的。錯(cuò)誤的原因是錯(cuò)把運(yùn)動(dòng)方向當(dāng)成了相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。

下面我們用“定義法”來解決這個(gè)問題，可以分這么三步走：

（1）應(yīng)該明確受力物體和施力物體。

（2）明確受力物體相對(duì)施力物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，而不是受力物體相對(duì)地面或其他的參考系，這點(diǎn)是非常重要的。因?yàn)槟Σ亮κ前l(fā)生在受力物體施力物體之間，與任何其他物體無關(guān)，這是學(xué)生常犯的錯(cuò)誤，尤其老是以地面為參考系，判斷物體相對(duì)于地面的方向。

（3）摩擦力的方向和第二步判斷出的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。

其中（2）應(yīng)該是最重要的一步，當(dāng)然也是最難的一步。如上例，學(xué)生就是在這點(diǎn)上常犯錯(cuò)誤。

正確解答：第一步，因?yàn)榉治龅氖敲状蛡魉蛶еg的摩擦力，所以受力物體是米袋，施力物體是傳送帶（而不是地面）；第二步，分析米袋相對(duì)于傳送帶運(yùn)動(dòng)的方向（以A點(diǎn)為參考點(diǎn)）向左。第三步，摩擦力的方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反向右。

靜摩擦力：對(duì)于靜摩擦力，判斷的方法仍然遵守上面的三個(gè)步驟，只是將判斷“相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向”改為“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”。誠然，要搞清楚這個(gè)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)還是不容易的，我們可以用假設(shè)法，假設(shè)接觸面光滑沒有摩擦力，看物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，由此判定相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向[1]。

例2：如圖所示，疊在一起的物體A和B，在大小為F的力的作用下，AB一起同時(shí)沿水平面作勻速直線運(yùn)動(dòng)，試分析物體B受到A的摩擦力的方向。

錯(cuò)解：物體B有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以受到的摩擦力的方向是向左的。

錯(cuò)解方向：物體B有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)不假，但這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是相對(duì)于地面的，不是相對(duì)A的。而問題是讓我們分析A和B之間的摩擦力，應(yīng)該分析B相對(duì)A的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向。

正確解答：第一步，因?yàn)榉治龅氖茿和B之間的摩擦力，所以受力物體是B，施力物體是A（而不是地面）。第二步，分析B相對(duì)A的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向。假設(shè)A和B沒有摩擦力，則A應(yīng)該相對(duì)B向右滑動(dòng)，所以A相對(duì)B有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，而B相對(duì)A就有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以B受到A的摩擦力應(yīng)該是向右的。

二、二力平衡法

有時(shí)我們也可從二力平衡角度來判斷摩擦力的方向也是一種不錯(cuò)的選擇。

靜摩擦力：比如例2，我們可以對(duì)B物體來進(jìn)行受力分析，B物體的下表面受到地面的摩擦力為向左（把AB兩個(gè)物體看作一個(gè)整體，這個(gè)整體水平方向上受到向右的拉力F，因?yàn)樗鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，所以受到的地面摩擦力方向?yàn)橄蜃螅?，因?yàn)锽物體也做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以它受力也必定平衡。下表面已經(jīng)受到向左的摩擦力，為了達(dá)到平衡，上表面受到A物體的摩擦力必定為右。

滑動(dòng)摩擦力：例3，用彈簧測(cè)力計(jì)水平地鉤住木塊，用力使木板在水平面上運(yùn)動(dòng)，如圖所示，試分析木塊與木板之間摩擦力的方向。

分析：這道題若用二力平衡法來分析就很簡(jiǎn)單，木塊相對(duì)地面是靜止的，所以它受力必定平衡。豎直方向上重力和支持力是一對(duì)平衡力。而在水平方向上首先受到了彈簧測(cè)力計(jì)向左的拉力，為了達(dá)到平衡狀態(tài)，必定有另外一個(gè)力與之平衡。那這個(gè)力就是木塊與木板之間的摩擦力了，所以這個(gè)摩擦力方向肯定是水平向右。

總而言之，判斷摩擦力的方向，不能只根據(jù)自己的主觀或生活經(jīng)驗(yàn)來判斷，而應(yīng)進(jìn)行理性的分析，抓住關(guān)鍵，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?，才能得到正確的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]王琳.淺談摩擦力.科技資訊，2009，（3）.