6.4 探究滑动摩擦力

6.4 探究滑动摩擦力

一、概念

1、什么是摩擦?

摩擦:如果一个物体在另一个物体表面上发生相对运动或有运动趋势时而受到阻碍作用,这个现象叫做摩擦。

摩擦分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦。

2、什么是滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦?

如上图,当一物体在另一物体表面上滑动时,在两物体接触面上产生的阻碍它们之间相对滑动的现象,叫做滑动摩擦。

当物体间有滑动趋势而尚未滑动时的摩擦称为静摩擦。

当两物体产生相对滑动时,则在接触间将产生阻碍物体滑动的力,这种力称为滑动摩擦力,简称摩擦力。

摩擦力作用在物体的接触面上,其方向与滑动的方向相反。

静摩擦力的方向与滑动趋势方向相反。

一物体在另一物体表面作滚动时,由于两物体在接触部分受压发生形变而产生的对滚动的阻碍作用,叫滚动摩擦。它的实质是静摩擦。

一般情况下,物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。因此,用滚动代替滑动,大大减小摩擦力。

二、摩擦力的方向辨析

滑动摩擦力或静摩擦力的方向常常与物体的运动方向相反,但也有时会与运动方向相同。滑动摩擦力或静摩擦力的方向一定总是与物体的滑动方向或滑动趋势方向相反。

【辨析】运动方向与滑动方向:运动方向是相对地面而言,滑动方向是相对接触的物体而言。

如下图,两位同学正在进行爬杆比赛。

人的运动方向是向上的(相对地面),可是人的滑动趋势方向却是向下的(相对竖杆)。

人所以能沿杆向上爬,是因为受到一个向上的静摩擦力。

人受到的静摩擦力的方向为什么是向上的?

因为静摩擦力的方向总是与滑动趋势的方向相反,上图中,人由于受到重力作用有向下的滑动趋势,是静摩擦力的作用阻止了人向下滑动,所以,人受到的静摩擦力的方向是竖直向上的。

【思考】当人顺杆下滑时,人受到的摩擦力是哪种类型的摩擦力,方向是向上还是向下?

三、实验探究滑动摩擦力的影响因素

滑动摩擦力的大小与什么因素有关呢?

下图,物块分别由弹簧测力计拉着沿着墙壁向上运动。

左图,物块没有受到压力,此时物块与墙壁虽然有接触,但两者之间并没有摩擦力;右图,当手指对物块施加压力后,由弹簧测力计示数的变大可知,物块在沿墙壁向上运动时,受到了一个阻碍物块向上运动的摩擦力,摩擦力的方向向下。

当施加的压力越大,弹簧测力计的示数将变得更大,即物块受到的滑动摩擦力变大。

由此,我们可以得出结论:

滑动摩擦力与压力大小有关,压力越大,滑动摩擦力越大。

又如图,弹簧测力计拉着物块分别在木板上和毛巾上做水平匀速直线运动。

通过实验,我们看到,左图中的拉力大小比右图中的小,也就意味着左图中物体受到的摩擦力比右图中的小。

为什么拉力小,摩擦力也会小。这是因为,当物块做匀速直线运动,物体处于平衡状态,所以,在水平方向上,物体受到的拉力与摩擦力是一对平衡力,所以,物块受到的滑动摩擦力大小与拉力大小相等,因此,图中的拉力大小其实代表了摩擦力的大小。

我们可以得出结论:

滑动摩擦力与物体间的接触面的粗糙程度有关。在压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

通过实验,我们还可以得出:

滑动摩擦力的大小与受力面积的大小,与物块的速度大小,与拉力大小无关。

【思考】一个物块当受到10N的拉力时做匀速直线运动,此时它受到的滑动摩擦力的大小是多少?而当物体受到的拉力增大为15N时,此时物块受的摩擦力又是多少?

四、增大有益摩擦的方法与减小有害摩擦的方法

摩擦并不总是有害的,有时也有益的。

爬杆比赛中,由于同学们受到的静摩擦力是向上的,所以,静摩擦力能帮助我们向上运动,达到杆顶。此事例中的静摩擦力就是有益摩擦。

又如,行驶的汽车遇到紧急情况时的急刹车,也是依靠轮胎与地之间的摩擦让汽车减速并停下来,此时的摩擦也是有益的。

如何增大有益摩擦?

方法有:

1、增大压力。

自行车刹车时,要用力捏刹车橡皮。系鞋带,我们要用力将鞋带系紧。

2、增大接触面的粗糙程度。

拔河时,一般要穿鞋底花纹深的新鞋。自行车的轮胎表面常有凸凹的花纹。单杠运动员在比赛前涂抹滑石粉。

……

如何减小有害摩擦?

1、减小压力。

2、减小接触面的粗糙程度。

3、使接触面分离。

滑冰运动员之所以在冰面上穿冰刀滑行,而不是穿滑轮鞋,是因为人穿上冰刀后,冰刀会对冰面产生很大的压强,冰在巨大压强下会熔化成水,这样,在冰刀和冰面之间会形成一层水膜,这就相当于,水膜使得冰刀与冰面之间的接触面分离了,于是冰刀与冰面之间的摩擦力大大减小了。

所以,我们常常给机器零件加润滑油,减小摩擦的原理也是利用“使接触面分离”的方法来实现的。

4、用滚动代替滑动。

用滚动代替滑动的最常见例子是在机器上安装滚球轴承,而不是滑动轴承。

轴承:是指由内圈和外圈组成的设备零件,内圈叫轴,外圈叫轮,外圈绕着内圈转动。

轴承的内圈和外圈直接接触,两圈之间的运动形式其实是滑动,这种轴承叫做滑动轴承。

轴承的内圈和外圈之间夹有珠子,珠子在内外圈之间滚动,这种轴承叫做滚动轴承。

由于用滚动代替了滑动,所以滚动轴承的摩擦比滑动轴承的摩擦小很多。

下图是我国清代时期制作的最早滚珠轴承和现代常见的滚珠轴承。

   


本节小结:

一、物理名词:

1、摩擦

2、滑动摩擦

3、滚动摩擦

4、静摩擦

5、摩擦力

6、滑动摩擦力

7、滚动摩擦力

8、静摩擦力

9、滑动方向

10、滑动趋势方向

11、运动方向

12、有益摩擦

13、有害摩擦

14、轴承

15、滑动轴承

16、滚球轴承

二、规律

1、摩擦力作用在物体的接触面上,其方向与滑动的方向相反。

2、静摩擦力的方向总是与滑动趋势的方向相反。

3、用滚动代替滑动,大大减小摩擦力。

4、运动方向是相对地面而言,滑动方向是相对接触的物体而言。

5、爬杆中,人受到的静摩擦力是向上的,与运动方向相同。

6、滑动摩擦力与压力大小有关,压力越大,滑动摩擦力越大。

7、滑动摩擦力的大小与受力面积的大小,与物块的速度大小,与拉力大小无关。

8、增大有益摩擦的方法有:(1)增大压力,(2)增大接触面的粗糙程度。

9、减小有害摩擦的方法有:(1)减小压力,(2)减小接触面的粗糙程度,(3)使接触面分离,(4)用滚动代替滑动。

10、物体只有匀速直线运动时,根据二力平衡,拉力与摩擦力的大小才会碰巧相等。

11、一个物体在同一表面上运动时,无论速度变大变小,接触面积变大变小,拉力变大变小,摩擦力不变。摩擦力大小只等于物体做匀速运动时物体所受的拉力大小。

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