静摩擦力与滑动摩擦力



这个动画中,长方体静止时,桌面施加的水平向左的力(动画中红色箭头),称为静摩擦力。
长方体运动时,桌面桌面施加的水平向左的力(动画中粉红色箭头),称为滑动摩擦力。
一般地,两个物体接触面之间的力,垂直于接触面的叫压力或支持力,沿着接触面的叫摩擦力。相对运动时,这摩擦力叫滑动摩擦力;相对静止时,这摩擦力叫静摩擦力。

长方体相对桌面静止时,长方体相对地面也是静止。长方体相对地面静止时,合力应该为零;因此,向左的静摩擦力等于向右的拉力。
长方体相对桌面相对地面由静止开始的向右的运动,是加速运动,合力向右;因此,向左的滑动摩擦力小于向右的拉力。

在这个实验场景中,静摩擦力随拉力的增大而增大;静摩擦力不具有唯一的数值,其最大值称为最大静摩擦力。
滑动摩擦力具有唯一的数值:如果实验中最后一次添加更多的沙子,那么,尽管拉力增大,滑动摩擦力还是原先的数值。(合力增大,单位时间内速度增加得更多)。

一般地,对于确定的接触面,对于确定的压力或支持力,静摩擦力不具有唯一的数值,其最大值称为最大静摩擦力。
对于确定的接触面,对于确定的压力或支持力,滑动摩擦力具有唯一的数值,存在公式:滑动摩擦力=动摩擦因素乘以支持力。

对于确定的接触面,对于确定的压力或支持力,滑动摩擦力略小于最大静摩擦力。本动画是如实表现的。
但是,有些习题中假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力;解题时需要留意题目是否做了这个假设。

多数同学容易接受滑动摩擦力概念,不容易接受静摩擦力概念。一个原因是:摩擦这个词语在物理学以外的场合也经常使用,在那些场合,摩擦都是指相互接触的物体之间相对运动。而物理学上,摩擦这个词语语义扩大了:相互接触的相对静止的物体之间,如果存在沿着接触面方向的力,也说它们之间存在摩擦,这种力称为静摩擦力。
静摩擦力的存在比滑动摩擦力更为普遍。您家里放置的大大小小的家具和用品,除非接触面完全水平,不然都相当于静止地放在静止的略微倾斜的斜面上,受到静摩擦力。

根据相对运动方向,就可以判断滑动摩擦力的方向。判断滑动摩擦力,并不需要根据“相对地面的运动跟力的关系”。
而可能发生静摩擦力的两个物体并不存在相对运动,因此静摩擦力的方向谈不上由相对运动方向做判断。
判断静摩擦力是否存在、方向如何,一定要先判断研究对象受到的合力是否应该为零、不为零的话合力方向应该如何,然后做推论。至于合力,那可以由研究对象相对地面的运动情况推断。需要用到“相对地面的运动跟力的关系”,这个关系,在不同的学习阶段,有不同的表述,你可能学过:
物体相对地面静止时,受到的合力为零;
物体相对地面匀速运动时,受到的合力为零;
物体相对地面向x方向加速运动,合力就是沿着x方向;
物体相对地面向x方向减速运动,合力就是沿着-x方向。

至于“相对运动趋势”,那是个比较复杂的说法;理解静摩擦力的含义,求解静摩擦力,并不需要理解那个说法,您可以视而不见。

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