加。
【评析】若斜面上物体沿斜面下滑,质量为m,物体与斜面间的摩擦因数为μ,我们可以考虑两个问题巩固前面的分析方法。
(1)F为怎样的值时,物体会保持静止。(2)F为怎样的值时,物体从静止开始沿斜面以加速度a运动。受前面问题的启发,我们可以想到F的值应是一个范围。首先以物体为研究对象,当F较小时,如图2-10物体受重力mg、支持力N、斜向上的摩擦力f和F。物体刚好静止时,应是F的边界值,此时的摩擦力为最大静摩擦力,可近似看成f静μN(最大静摩擦力)如图建立坐标,据牛顿第二定律列方程
解得Fsi
cosmgcossi
当F从此值开始增加时,静摩擦力方向开始仍然斜向上,但大小减小,当F增加到Fcosθmgsi
θ时,即Fmgtgθ时,F再增加,摩擦力方向改为斜向下,仍可以根据受力分析图211列出方程
用心爱心专心
4
f随着F增加,静摩擦力增加,F最大值对应斜向下的最大静摩擦力。
依据式④式①解得:Fsi
cosmgcossi
要使物体静止F的值应为
关于第二个问题提醒读者注意题中并未提出以加速度a向上还是向下运动,应考虑两解,此处不详解此,给出答案供参考。
当Fmgsi
cosma时,物体以a斜向下运动。cossi
当Fmgsi
cosma时,物体以a斜向上运动。cossi
例5如图2-12,m和M保持相对静止,一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑,则M和m间的摩擦力大小是多少?
【错解】以m为研究对象,如图2-13物体受重力mg、支持力N、摩擦力f,如图建立坐标有
再以m+N为研究对象分析受力,如图2-14,(m+M)gsi
θ(M+m)a③据式①,②,③解得f0所以m与M间无摩擦力。【错解原因】造成错解主要是没有好的解题习惯,只是盲目的模仿,似乎解题步骤不少,但思维没有跟上。要分析摩擦力就要找接触面,摩擦力方向一定与接触面相切,这一步是堵住错误的起点。犯以上错误的客观原因是思维定势,一见斜面摩擦力就沿斜面方向。归结还是对物理过程分析不清。【分析解答】因为m和M保持相对静止,所以可以将(m+M)整体视为研究对象。受力,如图2-14,受重力(M十m)g、支持力N′如图建立坐标,根据牛顿第二定律列方程x:M
gsi
θMma①解得agsi
θ沿斜面向下。因为要求m和M间的相互作用力,再以m为研究对象,受力如图2-15。根据牛顿第二定律列方程
用心爱心专心
5
f因为m,M的加速度是沿斜面方向。需将其分解为水平方向和竖直方向如图2-16。
由式②,③,④,⑤解得fmgsi
θcosθ方向沿水平方向m受向左的摩擦力r