正文 第二章 力學(二)(1 / 3)

怎樣分析和計算摩擦力

靜摩擦力是在相互接觸的兩物體間存在相對運動趨勢時產生的,其方向與相對運動趨勢方向相反。因此,判斷是否存在靜摩擦力主要是分析物體之間有沒有相對運動趨勢。但由於產生靜摩擦時兩物體仍保持相對靜止狀態,這就給我們判斷有否靜摩擦力的存在及方向帶來了困難。

一般情況下我們可以從這樣幾個方麵來分析、判斷:利用假設法:假設研究對象A與接觸物體B為光滑接觸,並且以A物體為參照物,若A相對B發生相對滑動,則說明為粗糙接觸時,間具有相對運動趨勢,而且間相對它們運動趨勢的方向就是假設中的相對滑動的方向,而靜摩擦力的方向與“趨勢”的方向相反;反之,假設物體光滑接觸時,若間無相對運動,則說明物體力、B粗糙接觸時,也不存在相對運動趨勢,可判斷靜摩擦力不存在。由此可見,利用假設法既可判定靜摩擦力是否存在,又可以確定靜摩擦力的方向。

怎樣研究三力共點平衡問題

1.三力平衡物體的特點

我們知道,物體受二力平衡時,兩力一定大小相等,方向相反,作用在一直線上。物體在三個非平衡力作用下平衡,也有典型的特點、此三力必為共點力,即三力作用線必交於一點,二力體(杆)、三力體(杆)是靜力學中典型的物理模型。

2.三力共點的識別

在大量的三力體(杆)物體平衡的問題中,最常見的是已知兩個力,第三個力未知,解決這類問題時,首先應識別出是否是三力共點模型,這是解決問題的關鍵,也是一個難點。若能作出肯定的判斷,就可利用三力交彙於一點來確定未知力的方向,揭示幾何關係,進一步列方程求解。

怎樣理解力的幾個基本性質

力是物理學中十分重要的基本概念,我們要正確地理解和掌握它,必須明確以下幾點。

1.力作用的物質性

力是物體對物體的作用,當一個物體受到某種作用力時,在這個物體之外一定客觀地存在著另一個施加這種作用力的物體。力的這個物質性,是正確分析物體受力情況的最基本的原則。

2.力作用的相互性

力是物體間的一種相互作用,當有作用力的同時就必有反作用力,它們分別作用在相互作用的兩個物體上,大小總是相等,方向總是相反,作用在同一條直線上。這就是牛頓第三定律。

3.力的獨立作用性

任何一個力作用在物體上,總會在物體上表現出一定的效果,或使被作用的物體產生加速度,或使被作用的物體發生形變。這種效果隻會隨作用力的存在而存在,隨作用力的變化而變化,與物體原有的運動狀態和受力情況無關,這就是力的獨立作用原理。

4.力作用的矢量性

力是矢量,盡管力的大小相等,隻要作用力的方向不同,就會造成完全不同的力學效果。當幾個力同時作用在同一物體時,各力大小不變而方向變化,也會產生不同的力學效果。

5.力作用的時空性

力的作用要通過時間和空間來實現,決不可能存在沒有作用時間和作用空間的力。正是力對時間的積累效應,才可能引起物體的動量變化,這就是動量定理;也正是力對空間的積累效應,才能引起物體機械能的變化,這就是功能原理。這二點又是統一在物體運動狀態的變化上的。因為一般說來,就單個物體而言,物體受到外力的衝擊,動量發生變化,機械能也發生變化;物體得到外力的功,機械能發生變化,動量也發生變化,這隻不過是物體運動狀態變化這一問題的兩個方麵。

然而在學習過程中,不少學生由於對力作用的時空性理解不深,掌握不牢,因而出現概念混淆的錯誤。例如,有學生認為“物體受到的作用力越大,其速度也越大”。這是忽略了時間因素。再如有學生認為“力能直接引起能量變化”,或者認為“力越大做的功越多”,顯然是把力與力對空間的積累效應混淆了。

怎樣對物體作受力分析

所謂物體受力分析,就是把所研究的物體從與它相關聯的物體分隔開來,單獨考慮它受到的別的物體的作用力,而本考慮它對別的物體的作用力。分析物體受力的順序一般是:首先考慮重力;其次根據物體是否拉緊或壓向別的物體,從而確定物體是否受到拉力、支持力等彈力;再次考慮物體是否受到牽引力,並根據物體是否運動(或有無運動趨勢)來考慮是否受到摩擦力和空氣阻力。此外,物體如在液體中,還應考慮浮力;在電場或磁場中還要考慮庫侖力、安培力和洛侖茲力等。受力分析時要在受力物體上把各力的大小、方向和作用點標示清楚,畫出正確、清晰的受力分析圖。

掌握物體受力分析的步驟,練就過硬的分析力的基本功,必須深刻理解力的本質,明確誰施力、誰受力;掌握好牛頓第三定律,熟悉幾種常見力的產生條件和方向;注意區別內力和外力。隻有牢固地掌握了上述基礎知識才能在作受力分析時得心應手,做到不錯力、不漏力、不虛構力、不重複力。下麵從一些事例談談作受力分析時應注意的一些問題。

1.不虛構力

力的本質是物體對物體的作用,它不會離開物體而存在,通常由於對力的性質不明確,將物體的慣性表現誤認為物體在運動方向上一定受到力。例如,水平射出的子彈被誤認為受水平向前的推力,豎直上拋的物體受上拋力。推力或上拋力的施力者是誰?一個力找不到施力物體豈不是虛構的?所以,分析力應注意力的實在性,即每個力都可以找到它的施力物體。

2.合力與分力不能重複地列為物體受力

例如,分析斜麵上物體受力,如把物體所受重力和重力沿斜麵向下的分力(下滑力)都列為物體所受的力那就重複了,特別是分析作圓周運動的物體受力情況,很容易畫蛇添足地多出一個向心力。

3.要根據常見力產生的條件分析力的有無

例如,彈力、摩擦力都是接觸力,但是不是物體相互接觸就一定產生彈力或摩擦力呢?這還得看物體是否相互擠壓,發生彈性形變,或者相互接觸物體是否做相對運動(或有相對運動趨勢)而定。小球掛在張緊的繩上,球與光滑的斜麵接觸,球是否受斜麵的彈力呢?不受,因為球與斜麵無相互擠壓。所以,作受力分析時,要根據問題的具體情況作具體分析,萬萬不可粗心大意。