對(duì)靜摩擦力的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

楊瑞龍

摘要：當(dāng)兩個(gè)互相接觸并處于相對(duì)靜止的物體間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就有了靜摩擦力產(chǎn)生。靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反，與接觸面相切，最大靜摩擦力跟物體接觸面間的正壓力成正比。

關(guān)鍵詞：靜摩擦力；最大靜摩擦力；平衡狀態(tài)

準(zhǔn)確判斷靜摩擦力是否存在是我們高中學(xué)生感到困難的問題，這是因?yàn)椤跋鄬?duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”是分析判斷靜摩擦力是否存在的關(guān)鍵。因此，對(duì)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”的理解問題是靜摩擦力準(zhǔn)確判斷問題的實(shí)質(zhì)。所謂“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”，就是想有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但沒有實(shí)際的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（但物體對(duì)地不一定沒有運(yùn)動(dòng)）。更確切地說，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻為相對(duì)速度為零的時(shí)刻，想有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻為相對(duì)速度不為零的時(shí)刻。

把相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)理解為相對(duì)加速度并用它來判斷靜摩擦力是否存在，既準(zhǔn)確又科學(xué).若物體間的相對(duì)加速度為零，則兩物體間必存在著靜摩擦力；相對(duì)加速度越大，則趨勢(shì)越大，靜摩擦力也就越大。若物體間的相對(duì)加速度為零，則趨勢(shì)為零，靜摩擦力也為零。當(dāng)兩物體間的靜摩擦力為零時(shí)，又有兩種情況：（1）可以是兩物體間的摩擦因數(shù)為零；（2）當(dāng)兩物體間的摩擦因數(shù)不為零時(shí)，只要兩物體間的相對(duì)加速度為零，則靜摩擦力照樣為零。故正確理解“相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”，利用相對(duì)加速度是否為零，分析、判斷靜摩擦力是否存在是我們高中學(xué)生容易掌握的一種好方法，要學(xué)習(xí)好靜摩擦力，我有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1、要認(rèn)識(shí)到靜摩擦力的多變性

摩擦分滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦和靜摩擦三種。

滑動(dòng)摩擦是一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦。滾動(dòng)摩擦是一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦。它們的共同之處在于相互接觸的兩個(gè)物體之間產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)摩擦力表現(xiàn)為阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故摩擦力的方向一定與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。簡(jiǎn)言之：滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力的方向一定與相互接觸物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。

靜摩擦是相互接觸的兩個(gè)物體之間沒有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)對(duì)這種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的阻礙，所以靜摩擦力的方向應(yīng)該跟這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。

2、不要誤認(rèn)為受靜摩擦力作用的物體一定靜止

某個(gè)物體是靜止還是運(yùn)動(dòng)是以地球?yàn)閰⒖枷档?。產(chǎn)生靜摩擦力的物體之間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。所謂相對(duì)靜止，是把與研究對(duì)象相接觸的物體作為參考系，物體相對(duì)所選的參考系靜止。所以不能認(rèn)為受靜摩擦力作用的物體一定是靜止的。

3、要根據(jù)靜摩擦力產(chǎn)生的條件分析

產(chǎn)生靜摩擦力的充要條件是：①兩物體接觸；②兩物體互相有壓力；③接觸面不光滑；④兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。其中前三個(gè)條件比較容易判斷。但兩接觸物體間有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)成為判斷靜摩擦力的依據(jù)?！跋鄬?duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)”必須是彼此接觸的兩個(gè)物體互為參照物，而不是以兩個(gè)物體之外的物體為參照物。通?？捎眉僭O(shè)法：先假設(shè)接觸面是光滑的，看被研究的物體相對(duì)于接觸面是否運(yùn)動(dòng)，向何方運(yùn)動(dòng)，即為運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向若運(yùn)動(dòng)則有靜摩擦力，其方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反；例如物體M與斜面保持靜止，M所受靜摩擦力的方向如何？

分析：物體M相對(duì)于斜面有向下滑的趨勢(shì)，M必受到斜面對(duì)它的靜摩擦力，方向與其向下的趨勢(shì)方向相反，即沿著斜面向上。

靜摩擦力是物體靜止時(shí)，由于物體有運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)而產(chǎn)生的阻礙物體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，因此靜摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。如：放在沿斜向上勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上的物體，相對(duì)傳送帶靜止。此時(shí)物體受到的摩擦力就是靜摩擦力，物體有沿斜面下滑的趨勢(shì)，所以物體所受摩擦力的方向是沿斜面向上（與物體運(yùn)動(dòng)方向相同，與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反）。

如圖所示

受靜摩擦的物體由于是靜止的，所以受到平衡力的作用，分析物體所受靜摩擦的大小，就要從受力分析，平衡力入手。

再例如：試判斷自行車后輪在滾動(dòng)時(shí)受到的靜摩擦力的方向。

分析：先假設(shè)自行車后輪與地面沒有摩擦力，可以明顯看到后輪與地面的接觸點(diǎn)相對(duì)于與地面是向后運(yùn)動(dòng)的，則說明后輪相對(duì)地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以后輪受到地面的靜摩擦力是向前的。

4、要根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

①根據(jù)物體的平衡條件來分析靜摩擦力。當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)平衡條件來分析靜摩擦力。

②根據(jù)牛頓第二定律來分析靜摩擦力。如果物體處于非平衡狀態(tài)，可根據(jù)牛頓第二定律來分析靜摩擦力。

5、認(rèn)識(shí)靜摩擦力的大小

用較小的力推桌子，桌子沒動(dòng)，根據(jù)二力平衡條件，靜摩擦力相等，所以靜摩擦力是隨著物體所受外力的大小而變化的，它的作用就是阻礙物體間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不過，靜摩擦力并不能無限度的增加，當(dāng)我們逐漸增加推桌子的力，桌子終究會(huì)動(dòng)起來，在從靜到動(dòng)的一剎那，靜摩擦力不能增加了，它達(dá)到了最大值，這個(gè)最大值叫最大靜摩擦力。實(shí)驗(yàn)表明：最大靜摩擦力跟物體接觸面間的正壓力成正比。

受靜摩擦的物體由于是靜止的，所以受到平衡力的作用，分析物體所受靜摩擦的大小，就要從受力分析，平衡力入手。

例：用力將一個(gè)物體靜止壓在豎直的墻面上（如下圖所示），物體所受摩擦力的大小是多少？如果增大壓力或減小壓力，只要物體還是處于靜止?fàn)顟B(tài)，物體的摩擦力如何變化？

分析：我們首先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，物體在水平方向上受到壓力和支持力的作用，這兩個(gè)力平衡，豎直方向上，向下受到重力的作用，為了平衡重力，必須還有一個(gè)向上的力，此時(shí)物體有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，因此有一個(gè)向上的摩擦力，正是這個(gè)摩擦力與重力平衡，使物體保持靜止，因此摩擦力的大小與重力相等，方向與重力相反，豎直向上。如果增大壓力或減小壓力，只要物體還是處于靜止?fàn)顟B(tài)，物體的重力不變，物體的摩擦力不變，只是壓力增大，支持力增大。

理解靜摩擦力的含義需注意以下幾點(diǎn)：

①靜摩擦力不是一個(gè)不變的力，它隨著外力的增大而增大。

②用公式算出的是最大靜摩擦力，不一定是實(shí)際摩擦力。例如：用手握一個(gè)瓶子，為什么瓶子越重手握得越緊？

兩個(gè)力的作用，向下的重力G及向上的靜摩擦力F，由于處于平衡狀態(tài)，所以G=F，瓶子越重，要把瓶子握住，需要的實(shí)際摩探力越大，由于靜摩擦力不會(huì)超過最大靜摩擦力F。所以當(dāng)瓶子較重時(shí)，瓶子與手之間必須有較大的最大靜摩擦力，才能保證實(shí)際靜摩擦力不超過它。手把瓶子握得緊，手與瓶子之間的正壓力越大，最大靜摩擦力也越大，但當(dāng)最大靜摩擦力增加時(shí)，實(shí)際靜摩擦力并不一定增大，因此，當(dāng)瓶子平衡時(shí)，它所受到的靜摩擦力F總是等于物體的重量G。由本題可見，最大靜摩擦力和靜摩擦力是兩個(gè)不同的概念。

我在學(xué)習(xí)靜摩擦力這一問題時(shí)，課前先要預(yù)習(xí)，正確理解什么叫靜摩擦力？是兩個(gè)物體接觸就一定產(chǎn)生靜摩擦力？靜摩擦力和哪些因素有關(guān)？通過預(yù)習(xí)邊閱讀邊思考，有利于理解靜摩擦力；同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)還可以增加趣味性，總之，在學(xué)習(xí)過程中分析靜摩擦力時(shí)只要采用正確的方法，就會(huì)避兔錯(cuò)誤的判斷，對(duì)我們學(xué)生真正理解靜摩擦力產(chǎn)生的條件及其特點(diǎn)有重要意義。