生活中的摩擦力探究摘要：自然界物体之间的相互作用可以引起物体的形状、运动状态以及其他肉眼不能察觉的许多变化。物理学中将物体间的这些相互作用抽象为“力”。高中物理课中讲述的“摩擦”是生活中常见的现象，本文针对在生活中发现的“墩布问题”，即“无论用多大的力都不能移动墩布”的问题，从高中物理“摩擦力”的概念出发，对“墩布问题”进行受力分析，然后利用力的合成和力的分解等物理探究方法，通过图解分析法和解析分析法两种手段，推导出了在“墩布问题”中，无论用多人的丿J都不能移动墩布的临界角度的表达式，得出了一些有趣的结论。关键词：相互作用摩擦力图解法受力分析中图分类号：G63文献标识码：A文章编号：1672-3791(2015)07(b)-0000-00自然界的物体相互联系，相互作用，这些相互作用可以使物体在形状、运动状态以及其他肉眼不能察觉的许多方面发生变化。物理学中将物体间的这些相互作用抽象为“力”的概念。在高中物理课中讲述的“摩擦”是生活中常见的现象当两个相互接触的物体发生相对运动或具冇相对运动的趋势时，会在两物体的接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，就是摩擦力。在生活中，我发现这样一个问题：当我们用墩布墩地时，有时候会出现无论用多大的力都不能移动墩布的现象，在本文中，将这种现象称为“墩布问题为了探究上述现象的物理木质，需要利用物理分析原理，研究墩布墩地的物理性质。首先，将墩布简化为如图1所示的模型，其中记墩布杆与地面的夹和为(090),人的作用力沿杆的方向，墩布整体的重量记为FG,假定墩布头与地面的摩擦系数为。然后，利用这个简化的物理模型，通过力的合成与力的分解等分析方法，研究当为多大角度时，无论将多大力作用于墩布杆上，都不能使墩布移动。图1墩布墩地简化模型图2墩布头受力模型图3三力受力模型以下用两种方法对上述的“墩布问题”进行分析求解。1图解法首先对图1所示的墩布进行受力分析，得到如图2所示的受力分析模型，英中，F为墩地时人的作用力，其方向沿杆的方向向下；FG为墩布整体的重力；FN为地面对墩布头的支撑力；Ff为墩布头与地面之间的摩擦力。可见，此时墩布头受到4个力的作用，无法直接利用“三力平衡”图示法来进行分析。为此，根据摩擦力的概念和计算公式可知，在图2所示的4个力中，最大静摩擦力与墩布对地面的压力之比等于墩布与地面的摩擦系数，即(1)其中为墩布头与地面之间的摩擦系数，Ffmax为墩布头与地面之间的最大静摩擦力，FN为墩布对地面的压力。一般的，为常数，我们可以将图2中所示的摩擦力Ff和FN合成为-个力，记为FH,且FH的方向固定不变，与地面的夹角记为，其大小是可变的，得到如图3(a)所示的三力受力模型。在图3(a)中，根据摩擦力的定义有：(2)利用三力平衡的分析方法，将图3(a)所示的受力模型改画为如图3(b)所示的力的合成模型。在图3(b)中，当，即当满足下式或(3)时，会出现作用力F无论多大，都不能使墩布头相对于地面运动。2解析法在图2所示的受力模型中，利用力的分解分析方法，将作用力F在水平方向和垂直方向进行分解，有：(4)(5)将式(5)代入式(4),整理后可得到:(6)山于0,F0,FG0,要使式(6)无解，必须满足：，即。所以，当满足下式(7)时，会出现作用力F无论多大，都不能使墩布头相对于地面运动。可见，两种分析方法得到的结论一致。根据公式(3)或(7),当已知墩布与地面的摩擦系数值时，就可以计算出不能使墩布移动的临界受力角度的值。表1给出了当墩布与地面的摩擦系数从0.1变化到0.7时，所对应的不能使墩布移动的最小临界受力介度的变化范围。可见，摩擦系数越大，不能使墩布移动的临界介度越表1与的关系0.10.20.30.40.50.60.7（）84.37&773.36&263.459553结语该文利用摩擦力的概念对“墩布问题”进行受力分析，可得如下结论。（1）对生活中的问题进行合理简化，再利用相关的物理原理进行受力分析，可以探究现象的物理木质。（2）当墩布与地面的摩擦系数越大，不能使墩布移动的临界角度就越小。该临界角度与墩布的重量以及人对墩布杆的作用力大小无关。参考文献[1]刘彬生，汪维澄，唐挈，等•普通高中课程标准实验教科书一一物理必修1（第3版）[M].人民教育出版社，2012.