對靜摩擦力的幾點認識

楊瑞龍

摘要：當兩個互相接觸并處于相對靜止的物體間存在相對運動趨勢時，就有了靜摩擦力產生。靜摩擦力的方向與相對運動趨勢相反，與接觸面相切，最大靜摩擦力跟物體接觸面間的正壓力成正比。

關鍵詞：靜摩擦力；最大靜摩擦力；平衡狀態

準確判斷靜摩擦力是否存在是我們高中學生感到困難的問題，這是因為“相對運動趨勢”是分析判斷靜摩擦力是否存在的關鍵。因此，對“相對運動趨勢”的理解問題是靜摩擦力準確判斷問題的實質。所謂“相對運動趨勢”，就是想有相對運動，但沒有實際的相對運動（但物體對地不一定沒有運動）。更確切地說，沒有相對運動的時刻，沒有相對運動的時刻為相對速度為零的時刻，想有相對運動的時刻為相對速度不為零的時刻。

把相對運動趨勢理解為相對加速度并用它來判斷靜摩擦力是否存在，既準確又科學.若物體間的相對加速度為零，則兩物體間必存在著靜摩擦力；相對加速度越大，則趨勢越大，靜摩擦力也就越大。若物體間的相對加速度為零，則趨勢為零，靜摩擦力也為零。當兩物體間的靜摩擦力為零時，又有兩種情況：（1）可以是兩物體間的摩擦因數為零；（2）當兩物體間的摩擦因數不為零時，只要兩物體間的相對加速度為零，則靜摩擦力照樣為零。故正確理解“相對運動趨勢”，利用相對加速度是否為零，分析、判斷靜摩擦力是否存在是我們高中學生容易掌握的一種好方法，要學習好靜摩擦力，我有以下幾點認識：

1、要認識到靜摩擦力的多變性

摩擦分滑動摩擦、滾動摩擦和靜摩擦三種。

滑動摩擦是一個物體在另一個物體表面滑動時產生的摩擦。滾動摩擦是一個物體在另一個物體表面滾動時產生的摩擦。它們的共同之處在于相互接觸的兩個物體之間產生了相對運動，這時摩擦力表現為阻礙這種相對運動，故摩擦力的方向一定與物體相對運動的方向相反。簡言之：滑動摩擦力和滾動摩擦力的方向一定與相互接觸物體相對運動的方向相反。

靜摩擦是相互接觸的兩個物體之間沒有發生相對運動，但有相對運動的趨勢時對這種運動趨勢的阻礙，所以靜摩擦力的方向應該跟這種相對運動趨勢的方向相反。

2、不要誤認為受靜摩擦力作用的物體一定靜止

某個物體是靜止還是運動是以地球為參考系的。產生靜摩擦力的物體之間處于相對靜止狀態。所謂相對靜止，是把與研究對象相接觸的物體作為參考系，物體相對所選的參考系靜止。所以不能認為受靜摩擦力作用的物體一定是靜止的。

3、要根據靜摩擦力產生的條件分析

產生靜摩擦力的充要條件是：①兩物體接觸；②兩物體互相有壓力；③接觸面不光滑；④兩物體間有相對運動趨勢。其中前三個條件比較容易判斷。但兩接觸物體間有無相對運動趨勢成為判斷靜摩擦力的依據。“相對運動趨勢”必須是彼此接觸的兩個物體互為參照物，而不是以兩個物體之外的物體為參照物。通常可用假設法：先假設接觸面是光滑的，看被研究的物體相對于接觸面是否運動，向何方運動，即為運動趨勢方向若運動則有靜摩擦力，其方向與相對運動方向相反；例如物體M與斜面保持靜止，M所受靜摩擦力的方向如何？

分析：物體M相對于斜面有向下滑的趨勢，M必受到斜面對它的靜摩擦力，方向與其向下的趨勢方向相反，即沿著斜面向上。

靜摩擦力是物體靜止時，由于物體有運動的趨勢而產生的阻礙物體運動趨勢的力，因此靜摩擦力的方向與物體運動趨勢的方向相反。如：放在沿斜向上勻速運動的傳送帶上的物體，相對傳送帶靜止。此時物體受到的摩擦力就是靜摩擦力，物體有沿斜面下滑的趨勢，所以物體所受摩擦力的方向是沿斜面向上（與物體運動方向相同，與物體相對運動趨勢相反）。

如圖所示

受靜摩擦的物體由于是靜止的，所以受到平衡力的作用，分析物體所受靜摩擦的大小，就要從受力分析，平衡力入手。

再例如：試判斷自行車后輪在滾動時受到的靜摩擦力的方向。

分析：先假設自行車后輪與地面沒有摩擦力，可以明顯看到后輪與地面的接觸點相對于與地面是向后運動的，則說明后輪相對地面有向后運動的趨勢，所以后輪受到地面的靜摩擦力是向前的。

4、要根據物體運動狀態分析

①根據物體的平衡條件來分析靜摩擦力。當物體處于平衡狀態時，可根據平衡條件來分析靜摩擦力。

②根據牛頓第二定律來分析靜摩擦力。如果物體處于非平衡狀態，可根據牛頓第二定律來分析靜摩擦力。

5、認識靜摩擦力的大小

用較小的力推桌子，桌子沒動，根據二力平衡條件，靜摩擦力相等，所以靜摩擦力是隨著物體所受外力的大小而變化的，它的作用就是阻礙物體間發生相對運動。不過，靜摩擦力并不能無限度的增加，當我們逐漸增加推桌子的力，桌子終究會動起來，在從靜到動的一剎那，靜摩擦力不能增加了，它達到了最大值，這個最大值叫最大靜摩擦力。實驗表明：最大靜摩擦力跟物體接觸面間的正壓力成正比。

受靜摩擦的物體由于是靜止的，所以受到平衡力的作用，分析物體所受靜摩擦的大小，就要從受力分析，平衡力入手。

例：用力將一個物體靜止壓在豎直的墻面上（如下圖所示），物體所受摩擦力的大小是多少？如果增大壓力或減小壓力，只要物體還是處于靜止狀態，物體的摩擦力如何變化？

分析：我們首先對物體進行受力分析，物體在水平方向上受到壓力和支持力的作用，這兩個力平衡，豎直方向上，向下受到重力的作用，為了平衡重力，必須還有一個向上的力，此時物體有向下滑動的趨勢，因此有一個向上的摩擦力，正是這個摩擦力與重力平衡，使物體保持靜止，因此摩擦力的大小與重力相等，方向與重力相反，豎直向上。如果增大壓力或減小壓力，只要物體還是處于靜止狀態，物體的重力不變，物體的摩擦力不變，只是壓力增大，支持力增大。

理解靜摩擦力的含義需注意以下幾點：

①靜摩擦力不是一個不變的力，它隨著外力的增大而增大。

②用公式算出的是最大靜摩擦力，不一定是實際摩擦力。例如：用手握一個瓶子，為什么瓶子越重手握得越緊？

兩個力的作用，向下的重力G及向上的靜摩擦力F，由于處于平衡狀態，所以G=F，瓶子越重，要把瓶子握住，需要的實際摩探力越大，由于靜摩擦力不會超過最大靜摩擦力F。所以當瓶子較重時，瓶子與手之間必須有較大的最大靜摩擦力，才能保證實際靜摩擦力不超過它。手把瓶子握得緊，手與瓶子之間的正壓力越大，最大靜摩擦力也越大，但當最大靜摩擦力增加時，實際靜摩擦力并不一定增大，因此，當瓶子平衡時，它所受到的靜摩擦力F總是等于物體的重量G。由本題可見，最大靜摩擦力和靜摩擦力是兩個不同的概念。

我在學習靜摩擦力這一問題時，課前先要預習，正確理解什么叫靜摩擦力？是兩個物體接觸就一定產生靜摩擦力？靜摩擦力和哪些因素有關？通過預習邊閱讀邊思考，有利于理解靜摩擦力；同時通過實驗還可以增加趣味性，總之，在學習過程中分析靜摩擦力時只要采用正確的方法，就會避兔錯誤的判斷，對我們學生真正理解靜摩擦力產生的條件及其特點有重要意義。