物體在斜面上,摩擦因數不變,支持力變小,為啥摩擦力還能變大?

2020-12-05 宇宙新思維

這種情況是有可能出現的,公式f=μN說的是滑動摩擦力的大小(其中f為滑動摩擦力,μ為滑動摩擦係數,也就是題目所說的摩擦因子,對於兩個確定材料之間的摩擦係數是不變的,N為物體對平面的壓力,支持力是壓力N的反作用力),並不是靜摩擦力的大小。

咱先說一下滑動摩擦力的情況:

從f=μN公式中可以看出滑動摩擦力f的大小與壓力N成正比,這個公式不僅適用於水平面的滑動,也適用於斜面的滑動。斜面比起水平面,只不過是物體對平面壓力N變小(當然對平面壓力的反作用力――對物體的支持力F支=N也就變小)而已,這是因為對平面產生壓力的物體重力mg有了一個順著斜面方向的分力G1,從而減小了對斜面垂直方向的壓力N,這樣根據f=μN,滑動摩擦力f也會變小,並且斜面角度θ越大,N越小(因為N=mgcosθ),f就越小,它的方向沿著斜面方向向斜上方。

以上是對滑動摩擦力在水平面和斜平面上的簡單分析,同一個物體在斜面上的滑動摩擦力是小於在水平面上的。哪靜摩擦力呢?下面我們再來看一下靜摩擦力的情況:

所謂靜摩擦力是兩個相互接觸的物體,當其接觸表面之間有相對滑動趨勢,但尚保相對靜止時,彼此作用著阻礙相對滑動的力。從概念上可以看出靜摩擦力的產生必須具有滑動趨勢,換句話說,必須存在「外力」。

靜摩擦力比較複雜,目前它沒有確定的公式,但是它存在一個最大值(Max),靜摩擦力的大小隨著對它的推力或拉力的增大而增大(數值在0到Max之間)。在水平面上,如果沒有對物體施加推力或拉力,那麼它受到的靜摩擦力為0;

如果其他條件都不變,只是把水平面變成斜面,那麼它將受到靜摩擦力,方向為沿著斜面向斜上方,原因就是物體受到了一個沿著斜面向斜下方向的重力分力G1,這個重力分力相當於一個拉力,它的大小(mgsinθ)隨著斜面角度α的增大而增大,而物體受到的靜摩擦力也越來越大(直到F1增大到足以拉動物體瞬間,靜摩擦力也達到最大值(Max),之後靜摩擦力變為滑動摩擦力,數值迅速變小)。而垂直於斜面方向的另一個重力分力G2=cosθ卻越來越小,對斜面垂直方向的壓力N就越來越小,那麼壓力N的反作用力也越來越小。

由上分析可知:

摩擦因數不變,物體在斜面上受到的支持力比在水平面上要小,而在斜面上受到的摩擦力相比在水平面上變大了。當然這個摩擦力指的應該是靜摩擦力,而非滑動摩擦力。由於最大靜摩擦力是大於滑動摩擦力的,因此在靜摩擦力達到最大值之前會一直增加變大。

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