關于一對靜摩擦力做功的討論
2008-12-31 00:00:00曹貴章錫洪武
物理教學探討 2008年21期
題目 如圖1所示，平板車放在光滑的水平面上，一個人從車的左端加速向右端跑動。設人受到的摩擦力為F，平板車受到的摩擦力為F′，下列說法正確的是（ ）。
A.F、F′均做正功。
B.F、F′均做負功。
C.F做正功，F′做負功。
D.F、F′做功均為零。
解析 人所受的靜摩擦力方向水平向右，人相對于地的位移方向也水平向右，則F對人做正功；平板車所受到的靜摩摩擦力方向水平向左，平板車相對于地的位移方向也水平向左，則F′對平板車也做正功。所以答案選A。這是一些輔導資料上的答案，學生大多也是這樣分析的，但筆者對此提出疑問，以作討論。
疑問 由以上分析可知，這一對相互作用的靜摩擦力做的總功大于零，這與“一對相互作用的靜摩擦力做的總功等于零”的結論相矛盾。那么到底一對靜摩擦力做功一定為零，還是存在不等于零的其他情況？
討論一 人和車都作加速運動，由牛頓第二定律知加速度是由靜摩擦力產生的，它們相對地面都在摩擦力方向上運動，故靜摩擦力都做正功，選項A正確的。
討論二 人和平板車間的運動是靜摩擦力產生，既然靜摩擦力發生在相對靜止的物體之間，那么人腳未離開車面時，也應和車一起向左運動，而腳所受靜摩擦力方向向右，故靜摩擦力F對人做負功；又F′對車做正功，所以靜摩擦力的總功為零，選項中無答案。
以上疑問與討論都有一定的道理，但出現的結果不同。筆者更贊成討論二的說法，也知道車和人機械能的增加是人體內化學能轉化的結果，系統動量守恒，但對上述問題該如何做出更合理的解釋呢？
(欄目編輯羅琬華)
