摩擦力大小及方向的判斷

西峽二高0816班王峰指導教師袁衛國

在摩擦力的學習中，有下列三個問題是同學們不易弄清的：①怎樣判斷物體是否受到摩擦力作用；②怎樣確定物體所受摩擦力的方向；③怎樣計算物體所受摩擦力的大小。

1.正確理解產生摩擦力的條件

要正確分析出物體是否受摩擦力作用，就必須全面認識產生摩擦力的條件。產生摩擦力的條件有三：

①粗糙接觸面。摩擦力是接觸力，它只能產生在兩相互接觸、表面粗糙的物體之間。在理想情況下，若認為接觸面“光滑”，則不考慮摩擦力的存在。

②正壓力的存在。正壓力的存在是產生摩擦力的前提。如果兩相互接觸的物體之間無擠壓作用，則接觸面上的摩擦力也將為零。有些同學認為壓力與物體所受重力大小相等，這是極其錯誤的。在不同的物理情景中，正壓力的產生原因是不同的。

③物體之間存在相對運動或相對運動趨勢。

在分析物體是否受摩擦力作用時，應考慮被研究的物體相對于與之接觸的物體有無相對滑動或有無相對運動的趨勢。[注：所謂“相對運動趨勢”的方向是指兩個相互接觸的物體之間，假如沒有摩擦力作用時，將要發生相對滑動的方向。]例如：擦黑板時，黑板處于靜止狀態，但它相對于黑板擦發生了相對運動，因而黑板將受到滑動摩擦力作用。

產生摩擦力的三個條件缺一不可。物體間不接觸，談不到摩擦力；接觸面“光滑”，不計摩擦力；粗糙接觸的物體間有相互擠壓但沒有相對運動或相對運動趨勢，不會產生摩擦力；有相對運動或相對運動趨勢，但接觸面間無壓力存在，接觸面上摩擦力也將為零。

2.正確應用摩擦力的計算公式

在物理問題的求解中，一些同學不能對問題作具體的分析與思考，而是生搬硬套、盲目亂用公式，從而造成求解錯誤。在對摩擦力的計算中就常犯這類錯誤。

在求解摩擦力大小之前，必須首先分析物體的運動狀態，判別是滑動摩擦還是靜摩擦。

對于靜摩擦，靜摩擦力的大小取決于物體的受力情況和運動情況，隨外界其它因素的變化而變化，靜摩擦力大小的取值范圍為fm>(或=)f靜>(或=)0 ，具體數值只能根據物體所處的狀態，由力的平衡知識或牛頓運動定律求解。只有最大靜摩擦力才是fm=u0N，其中u0為靜摩擦因數。最大靜摩擦力實際上大于滑動摩擦力，但在沒有說明的情況下可以認為它們近似相等。

對于滑動摩擦，摩擦力大小的計算公式為f=uN，其中u為動摩擦因數，其值與接觸面的材料以及接觸面的情況（如粗糙程度）有關（課本上的動摩擦因數表上只強調了接觸面的材料），而與接觸面積的大小，物體運動的速度（或加速度）無關；N為兩接觸面間的正壓力。對于滑動摩擦力來說，由于f=uN，因此，只要u一定，則f與N成正比，N的變化決定了f的變化，如果N是某個物理量（如時間t、速度v等）的函數，則f也就是該物理量的等次函數。所以，要正確求解滑動摩擦力，就必須優先確定正壓力N。

當然，對于滑動摩擦力的求解，我們還可以根據物體受力情況，由力的平衡知識或牛頓定律求出。

3. 正確判定摩擦力的方向

摩擦力的效果總是起著阻礙物體相對運動的作用，其方向總與接觸面相切，與物體相對運動或相對運動的趨勢方向相反。但是，摩擦力的方向并不總與物體運動方向相反，它可與物體運動方向相同，還可以與物體運動方向成任意夾角。

由此可見，摩擦力方向總是阻礙物體的相對運動或相對運動趨勢，而不是阻礙物體的運動。摩擦力既可以為阻力也可以為動力，我們不能由物體的運動方向來輕易確定摩擦力方向。