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摩擦力方向如何判定(初中)

来源:懂视网 责编:小OO 时间:2025-01-15 12:35:08
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摩擦力方向如何判定(初中)

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导读

摩擦力的方向------与滑动方向相反或与外力作用方向相反
摩擦作用是因外力作用引起的,因此,要根据外力作用的方式来判定:
一. 滑动或有滑动趋势时的摩擦力方向--------与滑动方向相反或与外力作用方向相反。
二. 滚动时的摩擦力--------
1. 以转动中心为平衡中心来判定时,外力作用线通过转动中心时摩擦力的方向与滚动方向相反;外力作用为力矩或力偶时摩擦力的方向与滚动方向相同。
2. 以滚动瞬心为平衡中心来判定时,外力作用为力矩时摩擦力的方向与滚动方向相反;外力作用为力偶时摩擦力的方向与滚动方向相同。
3. 滚动是平动和转动的复合运动,因此,按复合方式来判定时,由平动作用引起的摩擦力的方向与滚动方向相反;由转动作用引起的摩擦力的方向与滚动方向相同。
注:上述判定可以逆向应用。在日常生活中我们能经常接触到摩擦力。例如,拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落,就是静摩擦力作用的结果;在生产技术中的应用也很多。例如,皮带运输机就是靠货物和传送皮带之间的静摩擦力来传递货物的。下边说一下两个常见的物理现象:
1. 人的行走
人的行走相当于多边形体的滚动,步幅的一半相当于滚阻力臂。
人的行走与人坐在轮椅运动类似,轮缘相当于多边形的边,胯关节相当于轮轴,腿相当于轮辐,脚相当于多边形边的端点。不过,各轮只有一个(真的)轮辐。但,只要速度适当地话,两脚交替着地,还是可以演绎出多轮辐效果。
问题是,两腿上下轮转是很费力的。因此,设计者改从下边前移,但因腿辐僵直,无法从下边通过。为此作出膝关节和踝关节,从而显现出现在人行走的样子。
人行走的动力是人的意志施加于脚掌的有机力矩,胯关节为力矩中心;脚掌为滚动瞬心。阻力是人体体重与步幅一半的乘积。不难看出,使胯关节和脚掌连线与地面垂直或使身体前倾,可以减小阻力或变阻力为动力。尤其是奔跑时,显得尤为明显。
脚掌与地面在圆周力作用下会产生摩擦,它是由体重作用引起的。可以知道,没有摩擦,寸步难行。
根据摩擦力的方向可以判定,人的行走是转动(力矩)效应引起的滚动。显然,被人推着走时摩擦力的方向向后,是平动效应引起的滚动。
2. 自行车的运动
自行车后轮是通过链条传递的转动力矩产生的滚动,该作用力又叫牵引力。自行车后轮是由转动作用引起的滚动,与地面接触点的作用力方向向后(与滚动方向相反)。因此,静摩擦力的方向与滚动方向相同;前轮是通过前轴传递的平动作用力产生的滚动,其与地面接触点的作用力方向向前。因此,静摩擦力的方向向后。
当不蹬车的时候,因惯性作用,俩轮仍保持原来的运动状态,摩擦作用方式不变。例如:将后轮离开地面,摇动脚蹬,使后轮旋转,再使其与地面接触,自行车会向前运动(这个运动就相当于惯性滚动)。你会发现,轮下的灰尘或小沙粒被抛向后,即轮对地面有一个向后的作用力。因此,地面对轮的作用力(摩擦力)方向仍向前。
刹车时,主动轮(后轮)因阻力矩作用增大而减速,但摩擦作用方式没有变;不过,若主动轮处在抱死状态,由于惯性使自行车继续运动时,主动轮与地面的摩擦属滑动摩擦,前轮仍是静摩擦。

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