看透“善變”的摩擦力

冰壺比賽中．運(yùn)動(dòng)員不斷刷冰是為了減小摩擦力；體操比賽中，運(yùn)動(dòng)員雙手涂抹鎂粉是為了增大摩擦力．神奇而有趣的摩擦力在生活中無處不在，有時(shí)需要增大，有時(shí)需要減小，有時(shí)很“善變”，有時(shí)又不變．下面，我們從摩擦力的產(chǎn)生與分類、方向與大小、測(cè)量三方面一起來看透這“善變”的摩擦力．

摩擦力的產(chǎn)生與分類

摩擦力的產(chǎn)生需要同時(shí)滿足j=個(gè)條件：一是兩物體相互接觸并擠壓，即有彈力；二是兩接觸面粗糙，不完全光滑；三是兩物體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)．

從產(chǎn)生原因角度看，我們可將摩擦分為三種：若滿足前兩個(gè)條件且兩物體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則為滑動(dòng)摩擦，如寫字時(shí)鉛筆尖與紙之間的摩擦：若滿足前兩個(gè)條件且兩物體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，則為靜摩擦，如“推而未動(dòng)”；若一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滾動(dòng)，則為滾動(dòng)摩擦．

從摩擦對(duì)人類生產(chǎn)生活影響的角度看，我們又可將其分為有益摩擦和有害摩擦．如鞋底刻有花紋是為了增大有益摩擦，對(duì)機(jī)器零件加潤(rùn)滑油是為了減小有害摩擦．

例1 下列關(guān)于摩擦或摩擦力的說法正確的是（ ）.

A.用鉛筆和圓珠筆寫字時(shí)，筆尖與紙之間都是滑動(dòng)摩擦

B．走路時(shí)鞋與地面之間的摩擦和行駛時(shí)汽車與空氣之間的摩擦都是有害摩擦

C．運(yùn)動(dòng)的物體可能不受摩擦力，靜止的物體也可能受到摩擦力

D．若地球上的重力消失，則所有摩擦力也將消失

解析：圓珠筆尖的鋼珠與紙之間是滾動(dòng)摩擦，A錯(cuò)誤；走路時(shí)鞋與地面之間的摩擦為有益摩擦．正是因?yàn)樾资艿较蚯暗哪Σ亮ξ覀儾拍茏呗?，B錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)的物體可能不受摩擦力．靜止的物體也可能受到摩擦力，C正確；摩擦力的產(chǎn)生．重力并不是必需的，只要兩個(gè)表面不光滑的物體相互接觸并擠壓，且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，D錯(cuò)誤．

答案：C

摩擦力的方向與大小

因?yàn)槟Σ亮Φ姆较蚺c物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，所以摩擦力并不一定是阻力！如走路時(shí)，鞋底受到的靜摩擦力的方向是向前的，因?yàn)樾紫鄬?duì)于地面有向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此外．我們也可以通過物體的受力狀態(tài)對(duì)摩擦力的方向和大小進(jìn)行推理．

滑動(dòng)摩擦力的大小只與物體接觸面受到的壓力大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)，與物體所受拉力、運(yùn)動(dòng)速度、接觸面積等無關(guān)．只要壓力大小和接觸面的粗糙程度不變，滑動(dòng)摩擦力的大小就不變！靜摩擦力往往很“善變”，受力平衡時(shí)一般隨引起它產(chǎn)生的外力的變化而變化．生活中經(jīng)常通過增大壓力或增大接觸面的粗糙程度的方法來增大摩擦．通過減小壓力、減小接觸面的粗糙程度或加潤(rùn)滑油等方法來減小摩擦.

例2 （2023·日照）書法教育是對(duì)中小學(xué)學(xué)生進(jìn)行書法基本技能的培養(yǎng)，也是提高學(xué)生藝術(shù)欣賞能力的手段，還是傳承中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)情懷的重要途徑．如圖1所示，在某次書法課上，小明同學(xué)先在水平桌面上平鋪一張白紙，然后在白紙的左側(cè)靠近邊緣處放鎮(zhèn)尺，防止書寫過程中，白紙?jiān)谧烂嫔洗蚧畷鴮憽耙弧弊謺r(shí)，在向右行筆的過程中，鎮(zhèn)尺和白紙都處于靜止?fàn)顟B(tài)，則（ ）．

A．毛筆受到白紙的摩擦力的方向水平向左

B．鎮(zhèn)尺受到白紙的摩擦力的方向水平向右

C．白紙受到毛筆的摩擦力的方向水平向左

D．白紙只受到向左的摩擦力

解析：摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，毛筆在相對(duì)白紙向右運(yùn)動(dòng)的過程中受到白紙的摩擦力的方向水平向左，A正確；鎮(zhèn)尺只受重力和支持力作用，靜止在白紙上，所以不受水平方向的摩擦力，B錯(cuò)誤；白紙?jiān)谒椒较蛏鲜艿矫P對(duì)它向右的摩擦力和桌面對(duì)它向左的摩擦力作用．處于靜止?fàn)顟B(tài)，C、D錯(cuò)誤．

答案：A

例3 （2023·南充）如圖2甲所示，各個(gè)面粗糙程度相同的a、b兩個(gè)鐵塊疊放在水平桌面上，在水平拉力F1=10 N的作用下，一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則a受到的摩擦力為____N;如圖2乙所示，a、b并排放于同一桌面上，在水平推力F2的作用下，一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則F2=____N．

解析：圖2甲中A、b-起做勻速直線運(yùn)動(dòng)．都受平衡力作用，a與B之間沒有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以a不受摩擦力，a如果受到摩擦力，那么將無法保持平衡，a、b整體受到的拉力和摩擦力是一對(duì)平衡力，即摩擦力的大小等于拉力的大小，為10 N．圖2乙中a、b仍一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)它們受到滑動(dòng)摩擦力，因?yàn)榻佑|面的粗糙程度和壓力的大小均不變，所以滑動(dòng)摩擦力的大小也不變，推力F2與摩擦力為一對(duì)平衡力，大小仍為10 N．

答案：0 10

摩擦力的測(cè)量

測(cè)量物體之間的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，一般根據(jù)二力平衡原理間接測(cè)量，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉動(dòng)其中一物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)．此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小等于滑動(dòng)摩擦力的大?。捎脠D3所示方式測(cè)量，不用勻速拉動(dòng)木板A．就能測(cè)出木塊B所受的滑動(dòng)摩擦力，且避免了在彈簧測(cè)力計(jì)運(yùn)動(dòng)時(shí)讀數(shù)，此時(shí)木塊B在水平有向上受到摩擦力和彈簧測(cè)力計(jì)的拉力作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)，這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力．大小相等.

面對(duì)“善變”的摩擦力，我們要學(xué)會(huì)找準(zhǔn)研究對(duì)象，判斷摩擦力的類型，考慮影響該類摩擦力大小的因素，結(jié)合受力分析，就能徹底“看透”它的變化！