談如何正確理解摩擦力

張子琦

摩擦力是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)。對(duì)于物體間是否有摩擦力、如何判斷摩擦力的性質(zhì)和方向、怎樣計(jì)算摩擦力的大小，不少同學(xué)存在一些模糊不清的甚至錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。探討了如何正確地理解摩擦力的問題。

摩擦力摩擦力方向滑動(dòng)摩擦力公式摩擦力是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，對(duì)于物體間是否有摩擦力、如何判斷摩擦力的性質(zhì)和方向、怎樣計(jì)算摩擦力的大小，不少學(xué)生存在一些模糊不清的甚至錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，下面就談一談如何正確地理解摩擦力。

一、如何判斷是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力

摩擦力有靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力之分，但并非只有靜止物體受到靜摩擦力，也不是運(yùn)動(dòng)物體才能受到滑動(dòng)摩擦力，摩擦力發(fā)生在相互接觸并擠壓的兩個(gè)接觸表面不光滑的物體之間，如果兩物體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則有相互作用的滑動(dòng)摩擦力；如果這兩個(gè)物體相對(duì)靜止，并存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，則物體間有相互作用的靜摩擦力，這里所指的“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”是指相互作用的物體相對(duì)于接觸的另外一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，即以接觸的另外一個(gè)物體為參考系，而并非是以地面為參考系，因此，若從地面參考系（或別的物體作為參考系）來觀察，那么靜止的物體可能受到靜摩擦力，也可能受到滑動(dòng)摩擦力；運(yùn)動(dòng)物體可能受到滑動(dòng)摩擦力，也可能受到靜摩擦力，如圖1甲所示，A、B在水平力F作用下，一起向左做加速運(yùn)動(dòng)，A是運(yùn)動(dòng)的（相對(duì)地面參考系），而且是加速運(yùn)動(dòng)的，但A相對(duì)于B保持相對(duì)靜止，A向左做加速運(yùn)動(dòng)，受到向左的力的作用，這個(gè)力是B給A的向左的靜摩擦力，而不是滑動(dòng)摩擦力，圖1乙中A被輕繩水平拉住，B在力F的作用下，向左運(yùn)動(dòng)，這里A被限制了空間運(yùn)動(dòng)，相對(duì)地面是靜止的，但是它相對(duì)于B是運(yùn)動(dòng)的，不管B向左還是向右、勻速還是變速運(yùn)動(dòng)，只要B表面粗糙，A相對(duì)于B是運(yùn)動(dòng)的，受到的是B對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力。

二、摩擦力方向的判斷

摩擦力的方向總是阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，滑動(dòng)摩擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，靜摩擦力方向總是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，而并不一定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反，這里的“運(yùn)動(dòng)”與“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”是兩個(gè)不同的概念，這里“物體的運(yùn)動(dòng)”是指物體相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)，并非以相互作用的另一物體作為參考系，要明確知道“摩擦力的方向總是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)（相互作用的另一物體為參考系）方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反”，如在光滑水平面上有一靜止的長(zhǎng)木板，另一木塊C以一定的初速度v滑上表面粗糙的長(zhǎng)木板，此時(shí)木塊C與木板間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，且木塊C受到的摩擦力與其（相對(duì)地面的）運(yùn)動(dòng)方向相反，而木板所受到的摩擦力則與其（相對(duì)地面的）運(yùn)動(dòng)方向相同，但二者受到的摩擦力均與其相對(duì)（以相互作用的另一物體為參考系）運(yùn)動(dòng)方向相反。

三、對(duì)摩擦力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的正確理解

摩擦力的作用效果是摩擦力阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但不一定阻礙物體間的實(shí)際運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于地面），摩擦力可以是阻力，也可以是動(dòng)力，例如人行走時(shí)，人與地面間的摩擦力對(duì)人來說是動(dòng)力；在圖2中，木塊C所受到的摩擦力是阻力，而木板所受到的摩擦力則是動(dòng)力。

四、正確選擇摩擦力大小的計(jì)算方法

靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小的計(jì)算方法是不同的，對(duì)于靜摩擦力沒有定值和現(xiàn)成的計(jì)算公式可以利用，其大小在0～Fmax之間變化，究竟等于多少依靠運(yùn)動(dòng)規(guī)律來解，即應(yīng)用平衡知識(shí)或牛頓運(yùn)動(dòng)定律來確定求解；而滑動(dòng)摩擦力的大小有公式f=μFN，滑動(dòng)摩擦力與正壓力成正比，正壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大；最大靜摩擦力也是與正壓力成正比，由于兩種摩擦力的不同，在遇到求摩擦力大小的問題時(shí)要首先判斷是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，再分別根據(jù)靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的特點(diǎn)求解，如用手握緊瓶子、木棒等物體，使其在空中處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)增加手的握力，則手與所握物體間的靜摩擦力并沒有增大，其大小總是等于物體重力的大小，隨握力增大而增大的是最大靜摩擦力的大小。

五、對(duì)滑動(dòng)摩擦力公式的正確理解

公式f=μFN中的正壓力FN的大小不一定等于物體所受的重力的大小，壓力是根據(jù)作用效果命名的一種力，其方向總與接觸面垂直并指向受力物體，即屬于彈力，重力方向始終是豎直向下的，一般情況下兩者大小不相等，只有在一些特殊情況時(shí)才相等，例如沿粗糙斜面滑動(dòng)的物體，所受摩擦力的大小由動(dòng)摩擦因數(shù)μ和物體對(duì)斜面的壓力決定，而物體對(duì)斜面的壓力大小等于物體所受重力沿垂直斜面方向上的分力大小。另外，滑動(dòng)摩擦力的大小只由μ、FN決定，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和接觸面積的大小無關(guān)，滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的面積無關(guān)，是因?yàn)榻佑|面積的大小并不能改變兩個(gè)物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)和兩物體間的正壓力FN，故兩物體間的滑動(dòng)摩擦力不變（此時(shí)接觸面積的大小變化會(huì)改變受力面上壓強(qiáng)的大?。ndprint