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摩擦力的思维导图

力分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦,影响因素有接触面粗糙程度、压力大小等。

摩擦力的思维导图

摩擦力的思维导图-图1

摩擦力的定义

摩擦力是两个接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时,在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力。

摩擦力的产生条件

  1. 接触面粗糙:物体表面不是绝对光滑的,存在微观的凹凸不平,这是产生摩擦力的重要前提,打磨过的木板表面与未处理的木板表面相比,前者更粗糙,在与其他物体接触时更容易产生摩擦力。
  2. 物体间有弹力:两个物体必须相互接触且发生挤压,产生垂直于接触面的弹力,比如放在水平桌面上的书,由于书的重力作用,桌面对书产生向上的支持力(弹力),这是产生摩擦力的必要条件之一,如果没有弹力,即使接触面粗糙,也不会产生摩擦力。
  3. 有相对运动或相对运动趋势:当一个物体在另一个物体表面滑动或有滑动趋势时,才会产生摩擦力,推动桌子上的箱子,箱子未动时,箱子与桌子之间有相对运动趋势,此时存在静摩擦力;当箱子滑动起来,就有滑动摩擦力。

摩擦力的分类

摩擦力类型 产生条件 大小计算 方向
静摩擦力 接触面粗糙、有弹力、有相对运动趋势 0<F≤Fmax(Fmax = μsN,μs为静摩擦因数,N为弹力) 与相对运动趋势方向相反
滑动摩擦力 接触面粗糙、有弹力、有相对滑动 F = μkN(μk为动摩擦因数,N为弹力) 与相对运动方向相反
滚动摩擦力 接触面粗糙、有弹力、物体间有滚动 一般小于滑动摩擦力 与滚动方向相反

(一)静摩擦力

  1. 特点
    • 大小在一定范围内变化,从零到最大静摩擦力,用较小的力推箱子,箱子未动,此时静摩擦力等于推力;当推力逐渐增大,静摩擦力也随之增大,直到达到最大静摩擦力,箱子开始滑动。
    • 方向总是与物体的相对运动趋势相反,比如人走路时,脚与地面接触,脚有向后滑动的趋势,地面给脚的静摩擦力方向向前,推动人前进。
  2. 实例:放置在传送带上的货物,当传送带刚开始启动时,货物与传送带之间有相对运动趋势,此时静摩擦力使货物随传送带一起运动。

(二)滑动摩擦力

  1. 特点
    • 大小相对稳定,只与动摩擦因数和弹力有关,在同一水平面上,用相同的力压住不同的物体,使其滑动,只要动摩擦因数相同,滑动摩擦力就相同。
    • 方向与物体的相对运动方向相反,如滑冰时,冰刀与冰面之间的滑动摩擦力方向与冰刀相对于冰面的运动方向相反。
  2. 实例:木块在木板上滑动,木块与木板之间的摩擦力就是滑动摩擦力,其大小可通过公式计算得出。

(三)滚动摩擦力

  1. 特点
    • 一般比滑动摩擦力小,搬运重物时,使用轮子可以更省力,因为滚动摩擦力小于滑动摩擦力。
    • 方向与物体的滚动方向相反,比如汽车轮胎在地面上滚动,地面给轮胎的滚动摩擦力方向与汽车行驶方向相反。
  2. 实例:轴承中的滚珠在内外圈之间滚动,产生的滚动摩擦力较小,减少了机械部件之间的磨损。

摩擦力的应用与防止

(一)应用

  1. 增大有益摩擦
    • 增大压力:刹车时,通过刹车装置增大刹车片与轮毂之间的压力,从而增大摩擦力,使车辆停止。
    • 增大接触面粗糙程度:鞋底的花纹、轮胎上的花纹等都是通过增大接触面粗糙程度来增大摩擦力,防止打滑。
  2. 利用摩擦力传递动力:传送带依靠与货物之间的摩擦力,将货物输送到指定位置;人行走、汽车行驶等也是利用摩擦力来实现运动。

(二)防止

  1. 减小有害摩擦
    • 减小压力:在一些机械装置中,通过调整部件之间的压力,减小摩擦力,机器转动部分加润滑油,可以在接触面之间形成油膜,减小摩擦。
    • 减小接触面粗糙程度:对物体表面进行抛光等处理,可使接触面更光滑,减小摩擦力。
    • 变滑动为滚动:在需要移动重物时,使用滚轮等工具,将滑动摩擦变为滚动摩擦,大大减小摩擦力,搬运大型机械设备时,使用滚杠可以轻松移动设备。

相关问题与解答

问题1:为什么滚动摩擦力比滑动摩擦力小?

解答:滚动摩擦力比滑动摩擦力小是因为在滚动过程中,物体与接触面之间的接触面积相对较小,且滚动时主要是滚动物体与接触面之间的点或线接触,而滑动摩擦是整个接触面之间的摩擦,滚动时物体的受力情况使得摩擦力的计算方式与滑动摩擦不同,一般来说滚动摩擦因数小于滑动摩擦因数,所以滚动摩擦力小于滑动摩擦力。

问题2:如何判断静摩擦力的方向?

解答:静摩擦力的方向总是与物体的相对运动趋势相反,判断时,可以先假设接触面光滑,看物体在外力作用下会向哪个方向运动,这个方向就是物体的相对运动趋势方向,那么静摩擦力的方向就与之相反。

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