[理学]大学物理教案.ppt

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[理学]大学物理教案

3 摩擦力 当一个物体在另一个物体表面上滑动或有滑动趋势时, 在这两个物体的接触面上就会产生阻碍物体间作相对滑动的力, 这种力就是摩擦力(frictional force)。当物体有滑动趋势但尚未滑动时, 作用在物体上的摩擦力称为静摩擦力(static frictional force)。静摩擦力的大小与外力的大小相等, 而方向相反。当我们用力推一个放在水平桌面上的物体时, 物体并没有沿桌面滑动, 仅有滑动的趋势。物体不滑动, 是由于在水平方向上, 物体除了受到推力以外, 还受到一个与推力大小相等、方向相反的静摩擦力f的作用, 如图1-24所示, 这两个力的合力为零, 所以物体保持静止。当推力增大时, 静摩擦力也随着增大, 直到静摩擦力增大到最大值, 若再继续增大推力, 物体就开始在桌面上滑动了。 实验证明, 最大静摩擦力(maximum static friction force)fmax的大小与支撑力N的大小存在下面的关系 fmax = m0N , (1-66) 图 1-24 式中m0称为静摩擦系数(coefficient of static friction), 是由两个物体表面状况和材料性质等因素所决定的, 通常由实验测得。所以, 静摩擦力的大小由外力的大小决定, 可以取从零至fmax之间的任何值。 当一个物体在另一个物体的表面上滑动时, 在接触面上所产生的摩擦力,称为滑动摩擦力(sliding friction)。实验表明, 滑动摩擦力的大小也与支撑力 N的大小成正比, 即 f=mN (1-67) 式中m称为滑动摩擦系数(coefficient of sliding friction),其数值主要由接触面的状况和材料性质所决定。对于给定的两个物体,其滑动摩擦系数m要比其静摩擦系数m0略小,当相对滑动速率不太大时,滑动摩擦力小于最大静摩擦力。实验还表明,当两个物体的接触面不是很大或很小时,摩擦系数几乎与接触面积无关。作为一种粗糙模型,在计算时可以认为滑动摩擦系数等于静摩擦系数。 万有引力是自然界基本力之一。 物体之间的引力相互作用通过引力场(gravitational field)传递。 引力相互作用通过引力子(graviton)传递。 引力子尚未在实验上被探测到。 在万有引力定律中引入的物体质量, 称为引力质量(gravitational mass)。引力质量与在牛顿运动定律中引入的惯性质量(inertial mass)一样, 也是物体自身的一种属性的量度, 它表征了物体之间引力作用的强度。虽然引力质量和惯性质量代表了物体的两种不同的属性, 然而精确的实验研究和理论分析表明, 对于任一物体来说, 这两个质量都是相等的。这一重要结论正是爱因斯坦创立广义相对论(general relativity)的实验基础。 引力符合力的叠加原理 不连续分布时 F=F1+F2+F3+… … =∑Fi 连续分布时 F=∫dF 力的叠加是矢量叠加,矢量叠加符合平行四边形法则(parallelogram rule)。 地球对物体的吸引力称为重力(gravity) F=mg g是重力加速度(gravity acceleration)。 重力加速度的数值与物体的质量无关。 重力加速度的数值与地球的质量有关。 由于自转,重力加速度的数值与地球的纬度有关。 重力加速度的数值离开地面的高度的增加而减少。 例:假设地球为球形,已知地球半径为R0。不考虑自转,地面处的重力加速度g0大小和离地面高度处h的重力加速度g大小之间的关系。 h R 解: 因为 mg0=GMm/R02 mg=GMm/(R0 +h) 2 因此 g=g0/(1+h/R0) 2 弹性力 弹性力(elastic force)是由于物体形变而产生的相互 作用力。 弹性形变 弹性物体受力要发生形变。当力撤除后,若物体完全恢复到原来的形态,这种形变称为弹性形变(elastic deformation)。 弹性限度 超过一 定限度,当力撤除后,物体不能完全恢复到原来的形态。这个限度,称为弹性限度(elastic limit)。 实验规律 在弹性范围内,弹簧(spring)产生的弹性力的大小和弹簧 的形变量成正比 F=-k

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