静摩擦力做功几点讨论与归纳

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静摩擦力做功,一直是高中物理一个难点,这是学生极易感到模糊的知识点。针对这个薄弱环节,无忧物理学习网将做如下几点讨论与归纳,供大家参考。

弄清楚静摩擦力产生条件及其特点

判断静摩擦力是否做功之前,先要确定物体受到的是哪种摩擦力,滑动摩擦力还是静摩擦力。不同的摩擦力,求解该力的方法有所有不同。

首先,静摩擦力是一种接触力,必须产生于相互接触的两个物体间,而且接触面必须是粗糙的,具有相对运动趋势。

其次,静摩擦力没有具体计算公式。因此要计算静摩擦力大小时,只能借助平衡条件或牛顿运动定律来求解。

再次,静摩擦力并非是"静止"的物体,这里的"静"是相对接触面而言,实际上运动的物体也可以受到静摩擦力。

最后,静摩擦力不一定是阻力,它在某些情景下却充当动力效果,比如传送带对皮箱的静摩擦力力,实际上就起到动力效果。

静摩擦力做功讨论

从做功的条件上看,凡是在力的方向上产生了位移,这个力将对物体做功。换句话说,如果某个力与物体的位移的夹角不是90度时,这个力将对物体做正功或负功。因此,要想判断静摩擦力做哪种功,取决于正确分析静摩擦力方向,以及它与位移的夹角。

1、静摩擦力可以做负功

例1 如图所示,有一与水平方向夹角为α的传送带,在它的上面放上一木块,相对于传送带静止,传送带将木块匀速向下传送,则此过程中静摩擦力对木块的做功情况如何?

静摩擦力做功几点讨论与归纳

分析:首先要正确分析木块受到的摩擦力方向。显然,由于木块沿传送带方向做匀速运动,由受力平衡易知静摩擦力平行传送带向上。

然后,由题目知物体沿传送带方向向下运动,说明静摩擦力方向与位移方向的夹角为180度。因此可知静摩擦力对木块做负功。
2、静摩擦力可以做正功

在上述题目中,如果木块随传送带向上匀速运动,则静摩擦力对木块做功情况如何呢?

显然,虽然木块的运动向上,但依然是匀速运动即受力平衡,所以木块受到的静摩擦力方向依然向上。它与位移方向相同,即夹角为0度,可知静摩擦力做正功。

3、静摩擦力可以不做功

静摩擦力不做功有两种情形:

情形1:由于静摩擦力的方向一定与相对运动方向相反,而与物体的运动方向没有必然关系。这就意味着静摩擦力方向可以与物体运动方向成90度。如果出现这种情况,该静摩擦力必然对物体不做功。

情形2:如果物体相对地面没有位移产生,即s=0时,静摩擦力也不会对物体做功。

例2、有一水平圆形转盘,绕竖直转轴以角速度ω转动,在离轴心为r的地方放置一质量为m的橡皮,随着转盘一起做匀速圆周运动,问此过程圆盘对橡皮的静摩擦力所做的功是多少?

静摩擦力做功几点讨论与归纳

分析:由于橡皮做匀速圆周运动,故静摩擦力提供橡皮所需的向心力,静摩擦力沿半径方向指向圆心,而橡皮的速度方向与半径垂直,即静摩擦力与速度垂直。可见该静摩擦力做功为零。

备注:如果本题中圆盘的角速度ω增大,橡皮始终相对圆盘一起运动,则静摩擦力做功又是多少呢?

分析:由于圆盘角速度增大,说明线速度也增大,则橡皮的动能必增大,这就意味着橡皮的合外力必然做正功。

由于橡皮的重力和支持力不做功,因此静摩擦力必定对橡皮做正功。为什么会这样呢?事实上,当圆盘加速转动时,橡皮所受的静摩擦力已经不再沿半径指向圆心了,也就是与速度不再垂直。那么,又是什么力提供向心力呢?

事实上,如果我们尝试将静摩擦力分别沿径向和法向分解,如图所示。

静摩擦力做功几点讨论与归纳

可以容易知道静摩擦力的一个分力fx与速度垂直,它充当向心力;另一个分力fy与速度平行,改变速度的大小。

4、一对相互作用的静摩擦力做功的代数和必定为零

静摩擦力是成对出现在两个物体上,这对静摩擦力做功的代数为必定为零。这是因为这对静摩擦力大小必定等值反向,而它们相对地面的位移必定相等。所以这对静摩擦力做功时,必定出现一个做正功,另一个做负功,其代数为零。这点与滑动摩擦力做功不一样的。

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