浅谈摩擦力在实际生活以及理论分析中的应用

浅谈摩擦力在实际生活以及理论分析中的应用
摘要：摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力，动摩擦力又可以分为滑动摩擦力和滚动摩擦力，各种摩擦力在实际生活中都是广泛存在和不可缺少的，并且还起着非常重要的作用，有的摩擦力在理论分析中可以由具体的公式进行计算，而有的摩擦力则要通过对具体问题具体分析而计算出来。

在物理学中，摩擦力也是最常见和最重要的力之一。

关键词：摩擦力；理论分析；应用
摩擦力在实际生活中是普遍存在的，在人类社会的进步与发展中起着非常重要的作用。

在现实社会生活中，人要行走、汽车刹车、传送带传输物品等等，都离不开摩擦力的作用；在物理教学中，对物体进行受力分析往往也会涉及到摩擦力，由于摩擦力的种类较多，所以在受力分析中要根据实际情况进行分析。

一、步行过程中的摩擦力
在现实生活中，我们要向前走，人相对于地面是前进的，而在前进的过程中，我们依靠的是地面与鞋之间的摩擦力的作用，
在图（一）中，V0是人前进的速度方向，但是
我们的鞋底所受到的摩擦力并不是与V0相反
的，即不是与人运动的方向相反，摩擦力的方
向与物体之间相对运动或具有相对运动趋势的方向相反，所以鞋底受到的摩擦力与人前进的方向是一致的，从而才使得人获得一个与运动方向相反的加速度（即获得一个与运动方向相反的合力）。

人不行的过程中，脚底相对与地面有与人运动方向相反的趋势，但是并未向与人运动方向相反的方向运动，所以人类步行依靠的是鞋底与地面之间的摩擦力来实现的。

一、传送带传输物品过程中的摩擦力
传送带传输物品在日常生活中是普遍
存在的，也是物理学的受力分析中比较常见
的。

水平运动的传送带传输物品的过程中，由于传送带本身一般具有一定的速度，若物体是相对与地面静止放上传送带的，它会在与传送带之间的摩擦力的作用下在传送带上作加速运动，若传送带足够长，则被传送的物品的速度最终会加速到与传送带的速度一致。

此时它与传送带之间无相对滑动，也无相对滑动的趋势，所以当物品运动速度等于传送带运动速度时，被传送物品受到的摩擦力大小减为零，在运动方向（水平方向）不再受到力的作用。

在物理理论分析中，有的人往往会犯下这样的错误：他们认为被传送带传送的物品在传送带上是做匀加速直线运动，当被传送物品的速度与传送带的速度相等时，它们之间的摩擦力会突然减为零，因此他们在解题过程中往往得到如下结论：
根据运动学的知识可知，物体在传送带上加速的过程中，当物体从初速度为零加速到与传送带的速度相等时有：
V
物=V 带=at 其中V 物为被传送物品的速度，V 带为传送带的运动速度，a 为加速度，t 为加速时间，则有：
t=V 带/a 运用牛顿第二定律：
g m mg m f a μμ===
加速时间为：
g
V T μ= 这样的结论是不正确的，没有正确的理解物品在传送带上的运动过程，仔细分析我们不难看出，物体在传送带上的加速运动其实是变加速运动，也就是说，被传送的物品与传送带之间的摩擦力是一个变力，而不是恒力，在这里，我们不能简单的认为f=mg ，当我们把物品以水平初速度为零放上传送带时，物体有相对于传送带的运动，它受到传送带对它施加的一个滑动摩擦力的作用，随着物品速度不断增大，它与传送带之间的滑动摩擦力越来越小，当被传送物品的速度等
于传送带的速度时，二者之间无相对滑动，从而物品与传送带一起相对于地面做匀速直线运动。

在此过程中，我们要用动能定理来对摩擦力进行求解，并且求解出来的摩擦力的值是一个平均值。

有时候我们把物品放上传送带时，感觉未经过加速运动物品就和传送带以同样的速度开始运动，这是由于传送带的速度较小，使得物品被加速的时间很短，以致于我们无法感觉到。

如果把物品放上水平运动的传送带时，它相对于地面运动的水平速度大于传送带的速度，则它会受到一个传送带施加的与运动方向相反的滑动摩擦力，所以此时物品在传送带上做变减速运动，当物品的速度减小到与传送带的速度相等时，二者无相对运动，此时它与传送带一起做匀速直线运动。

注：以上讨论的条件是传送带有足够的长度并且做匀速直线运动。

二、汽车运动过程中的摩擦力
汽车在运动过程中，由于车轮与地面接触处有形变，所以会产生滚动摩擦;若车轮做纯滚动，还会受到静摩擦力的作用；若车轮与地面有相对滑动，则车轮会受到滑动摩擦力的作用；除此之外，汽车在运动过程中车身与空气之间的的摩擦还会产生一个空气阻力的作用。

汽车在运动过程中，无论是加速运动还是减速运动，车轮与地面之间都会发生相对滑动汽车就会受到地面施加的一个滑动摩擦力；汽车在正常行驶的过程中，车轮边缘上各点与地面接触的瞬间，与地面无相对滑动，这时，车轮边缘与地面接触时，相对于地面的速度为零，所以车轮在地面上留下清晰的轮胎花纹，表明车轮周边与地面接触的刹那，并无相对滑动，但可能车轮与地面之间存在相对滑动的趋势，所以仍然会受到地面施加给车轮的静摩擦力的作用。

滚动摩擦是由于车轮边缘与地面接触处的形变所引起的，因为车轮与地面都不是绝对刚性的，车轮由于自身与车身的重量而
陷入地面，同时车轮本身也由于力的相互作用也
受到压缩，当它向前滚动时，由于地面的隆起（如
图三），地面的竖直反作用力N并不通过质心，
而是偏于质心的前方，因而产生了一个抗拒车轮
向前滚动的力矩，这个力矩就是滚动摩擦力
矩，它的量值为M=NK，K为滚动摩擦系数，等于N的作用点B到通过质心O 的竖直线OA的垂直距离。

K的大小和车轮及地面的物理性质有关，即车轮压入地面的程度有关。

因此，汽车在水平路面上行驶时，若车轮与地面之间存在滑动摩擦，则车轮所受到的合力矩为：
M合=M驱+M滚+M滑+M空气
当汽车车轮在水平公路上正常行驶时，车轮可视为做无滑滚动，则其合力矩为：
M合=M驱+M滚+M静+M空气
当汽车车轮在水平公路上匀速滚动时，其质心受力矩关系为：
M驱+Ｍ滚+ｒ×Ｆf＝0
一般情况下，Ｍ滚非常小，即Ｍ滚趋近于零，则有：
Ｆf＝〔Ｍ驱—Ｍ滚〕/r≈Ｍ驱/r
由于Ｍ驱/r为汽车的牵引力，所以
汽车在水平公路上匀速行驶时车轮受到
的静摩擦力与牵引力近似相等。

汽车在刹车过程中，由于滚动摩擦
与空气阻力作用远小于滑动摩擦的作
用，所以主要时滑动摩擦的作用使行驶
的汽车因紧急情况而刹车。

三、结论
摩擦力在生活中时无处不在的，时最常见的力之一，没有摩擦力的存在，社会生活中很多活动将无法进行，包括人类无法行走，汽车无法正常行驶等等，物理学要对摩擦力进行重点研究，也是学生重点学习与掌握的对象，通过对摩擦力的学习与分析，让人们充分了解物理与社会生活的密切联系与不可分割。

【参考文献】
（1）、人民教育出版社物理室，全日制普通高级中学物理（第一册），人民教育出版社，
2003.6
（2）、漆安慎，杜婵英.力学.高等教育出版社，2005.6 （3）、周衍柏.理论力学.高等教育出版社，1986.3。