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引言
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,是高考试卷中的一个常考点,很难理解。这篇文章就是想和同学们分析下:滑动摩擦力存在,一定对物体做功吗?一共有哪些情况?
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B向右滑动,上面的物体A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。根据做功的定义,此时滑动摩擦力对物体A不做功。
(2)滑动摩擦力可以做正功。
最为典型的案例,就是传送带对物体。静止的物体,刚刚放到传送带上,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。显然,摩擦力的方向和物体运动的方向是一致的,所以滑动摩擦力是可以做正功的。
我们再来说一个案例:
如刚开始静止的货车的车厢内,放一木箱,货车突然启动加速,虽然木箱相对货车向后滑动,但相对地面向前运动,货车对木箱的滑动摩擦力也是做正功的。
(3)滑动摩擦力可以对物体做负功。
上述案例中,木箱对货车的滑动摩擦力对货车做负功。不同的研究对象选择,摩擦力做功的正负性截然不同。
再举一个案例。
水平面上推一个箱子运动,地面给箱子的滑动摩擦力与其运动方向是相反的,根据做功定义式,也是滑动摩擦力在做负功。这种情况很常见,不难理解。
一对摩擦力所做的总功
请同学们注意,我们下面研究的是两个物体构成的系统。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,其绝对值等于滑动摩擦力与两者相对位移的乘积,其大小也等于系统损失的机械能。
我们从能量的角度来分析。一对滑动摩擦力做功,能量的转化有两种情况:一是相互摩擦的物体之间机械能的交换;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物体相对位移的乘积。
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。
这里并不深入分析,有兴趣可以到物理网查阅相关的文章,讲解的很清楚。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和功能关系公式推导出来。
推荐查阅的文献资料
摩擦力详解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/29.html
功能关系http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43174.html
文章作者
文/崔强;高中物理教师,物理网兼职编辑。
文章首发高中物理网,转载请予以注明,谢谢。
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