摩擦力的方向和运动方向

摩擦力的方向和运动方向

大家知道，摩擦力发生在两个物体接触面之间，单独一个物体是无所谓摩擦的。例如，当一个木块在木板上移动时（图一）,木块和木板就发生了摩擦，这时在两者之间的接触面的切线方向上作用着一对大小相等、方向相反的力f 1和f 2，

这就是摩擦力。它们是一对作用力和反作用力，分别作用在

木块和木板上。作用在木块上的力f 1，方向跟它的运动方向

相反，阻碍木块的运动；但作用在木板上力f 2，方向和木块

的运动方向一致。假设木板放在光滑的桌面上，摩擦力f 2将

会引起木板相对桌面的运动，这时的摩擦力不但不是阻碍木板的的运动，而是帮助木板的运动了。假使木板在力和f 2的作用下仍处于静止状态，这说明桌面作用在木板上的摩擦力跟力f 2大小相等，、方向相反，两者互相平衡。在这种情况下，桌面和木板之间的摩擦是静摩擦。

假定使木块和木板之间保持相对静止，而如图二所示的那样用绳子拉着木板沿水平桌面作加速运动。在这种情况下，木块和木板之间的摩擦为静摩擦（因木块和木板间无相对滑动），木板和桌面之间的摩擦为滑动摩擦。现在现在我们要问：木块和木板之间的静摩擦力方向怎样？

根据牛顿第三定律，不难看出，木块作用在木板上的

静摩擦力f 2方向跟木板运动方向相反，阻碍着木板的运

动；而木板作用在木块上的静摩擦力f 1方向跟绳子拉力F

的方向一致，帮助木块运动，正因为这个静摩擦f 1的作用

下，木块才能跟着木板作加速运动。假设摩擦力f 1太小，

它使木块引起的加速度小于木板的加速度，在这种情况下，木块和木板之间就会发生相对滑

图一

图二

动，因此静摩擦变成了滑动摩擦。不管是滑动摩擦还是静摩擦，摩擦力f 1的方向总是跟绳子的拉力F 的方向一致，也就是说，总是要中起木块作加速运动的。

以上所讨论的木块或木板的运动都是对桌面（即是把地球作为参照物）而言的，因此根据牛顿运动定律来解释摩擦力的方向和运动方向（都 是指对地面的运动）的关系是非常清楚的。可是常常有同学问到：课本上说摩擦力的方向总是跟相对运动方向相反的，也就是说摩擦力总是要阻碍物体的相对运动的，为什么在上面的分析中摩擦力也可以帮助物体运动呢？问题到底在哪里？应该如何理解课本上所说的摩擦力的方向总是和相对运动方向相反的？

显而易见，这牵涉到参照物的选择问题，为了更清楚地阐述这一问题，我们再来分析一个有具体数据的例子：

设木块的质量m=10g ，木块与木板之间的滑动摩擦系数0.04μ=。现在木块以加速度260/a cm s =向着如图二所示的水平方向运动，那末木块将怎样运动？

跟上面的分析情况一样，木板作用在木块上的摩擦力（静摩擦或滑动摩擦）引起了木块沿着木板运动的方向作加速运动。至于能否跟着木板以同样的加速度（260/a cm s =）运动，那要由摩擦力的大小来决定了。根据本题的数据，滑动摩擦力2210.040.0110/0.4/0.01

f a m s m s m ⨯⨯===，可见木块不能跟着木板一起以加速度260/a cm s =运动，即木块与木板间有相对滑动。显然，这里所说的加速度都是相对地面而言的，也就是说是把地面作为参照物来讨论木块和木板的运动。但是，木块对木板而言，即是把作加速运动的木板作为静止不动的参照物时，木块的加速度（沿着木板向后滑动的加

速度）约是20.21/m s ,方向向左，即是跟木板作用在木块上的摩擦力1f 相反。

由此可见，参照物不同，所观察到的运动情况也不同。不先确定参照物，那就无法判定一个物体是不是在运动，更谈不上运动方向了。因此，课本中所讲的“运动方向”是指互相

摩擦着的两个物体之间的相对运动方向。

从上面的几个例子中都说明：任何两个有相对滑动或者相互接触而保持相对静止的物体间所发生的滑动摩擦或静摩擦总是要阻碍两者间作相对运动的。或者说：甲对乙作用的摩擦力方向跟乙对甲的运动方向相反，乙对甲作用的摩擦力方向跟甲对乙的运动方向相反。所以摩擦力方向总是跟相对运动方向相反的。

不过，高中力学所讨论的物体的运动，一般把地球作为参照物；把作加速运动的木板作为参照物，对我们来说，是很不习惯的，所以当分析有关摩擦力方向和运动方向总是的时候，还是像上面那样把地球作为参照物来观察两个相互摩擦的物体的运动，比较方便和清楚。，因此在一般情况下，以地球为参照物，互相摩擦着的两个物体之间所发生的摩擦力（静摩擦或滑动摩擦），对于一个物体来说是阻碍它的运动，对另一个物体来说是帮助它运动。当然，如果两个互相摩擦着的物体都是在动力的作用下向着相反的方向运动，那摩擦力对每一个物体来说都是阻碍其运动的了。

应该指出：摩擦力引起或帮助物体相对于地面的运动，在自然界和技术界中是可以找到很多的例子的。人步行时就是靠脚板和地面之间的静摩擦力推着前进的；汽车或机车的牵引力实际上也是主动轮和路面或铁轨间的静摩擦力提供的。没有这个静摩擦力或静摩擦力太小了，将会使主动轮打滑，滑动摩擦力较静摩擦力小，因而造成起动的困难。