2015.09.22 18:30
前言
力学中摩擦力做功的问题是常见三个力(重力、弹力、摩擦力)做功最难的,是高考的一个常考点,同时也是比较难理解的地方。这篇文章就是想和同学们探讨下:滑动摩擦力存在,是否一定对物体做功?
滑动摩擦力做功与否分类解析
(1)滑动摩擦力可以不做功。
例证:如下图所示,下面的物体在向右走,上面的物体一定会受到滑动摩擦力的作用,然而该滑动摩擦力对物体并不做功,原因是位移为零。通过做功的定理判定,此时滑动摩擦力对物体A不做功。
(2)滑动摩擦力能做正功。
最为典型的案例,就是传送带做功。静止的物体,放到传送带上,不可能瞬间就与传送带同步,此时一定是受到传送带滑动摩擦力的作用。因为摩擦力的方向和物体运动的方向一致,所以滑动摩擦力是可以做正功的。
再来个案例:
如刚开始静止的货车的车厢内,放一木箱,货车瞬间突然加速,木箱相对货车,是向后滑动的,但相对地面(为参考系)是向前运动的,这种情况下,货车对木箱的滑动摩擦力做正功。
(3)滑动摩擦力还可以做负功。
上例中木箱对货车的滑动摩擦力对货车做的是负功。显然,选择不同的研究对象,摩擦力做功的正负情况是不一样的。
再举一个案例。
水平面上推一个箱子运动,箱子所受到的滑动摩擦力与箱子的运动方向相反,从做功的概念和公式来分析,也是滑动摩擦力做负功的情况。
一对摩擦力所做的总功问题
相互作用的系统内,一对滑动摩擦力所做的功是总不为零的,其绝对值的大小,恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即等于系统损失的机械能。
一对滑动摩擦力做功时能量的转化有两种情况:一是相互摩擦的物体间机械能的彼此交换;二是机械能向内能转化,转化为内能的量,等于滑动摩擦力与两者相对位移的乘积。
补充一句,只能说内能,说热量是不科学的。热量的定义是:热传递过程中转移的内能大小。
功和能之间的转化并不是这篇文章的重点。同学们可以拿来做过的摩擦力做功的题,进行二次分析,看看上面的结论是否严密。其实这些结论,都可以通过动能定理、牛顿三大定律和能量守恒定律推导出来。
推荐查阅的文献资料
摩擦力详解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/29.html
机械能守恒定律http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43172.html
文章作者
文/木子;高中物理教师,物理网兼职编辑。
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