考虑摩擦的平衡问题课件.pptxVIP

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01-11-071考虑摩擦的平衡问题

5.1摩擦力的性质和滑动摩擦定律

按照相接触物体的运动情况,摩擦可以分为滑动摩擦和滚动摩擦。按照接触面的物理性质,摩擦可以分为干摩擦和湿摩擦。5.1.1静滑动摩擦力静滑动摩擦力是粗糙接触面切线方向的约束反力,具有与相对运动趋势相反的方向,其大小由平衡方程决定。5.1.2临界平衡状态静滑动摩擦定律逐渐增大切向主动力Q的大小,在物体仍保持静止时,摩擦力的大小恒为F=Q,即摩擦力的大小随切向主动力Q的增大而增大,

01-11-072当Q的值增大到一定程度时,物体的平衡被破坏而产生滑动。物体处于即将滑动、但尚未滑动的状态称为临界平衡状态。在临界平衡状态下,静滑动摩擦力的大小达到最大值,称为最大静滑动摩擦力,以Fmax表示.在法线方向主动力不变的条件下,静滑动摩擦力的大小在零与最大静滑动摩擦力之间取值,即0≤F≤Fmax库仑定理最大静滑动摩擦力的方向与相对滑动的趋势相反,其大小与相接触的两物体间的正压力成正比。Fmax=fN

01-11-073【例题5-1】重为Q的物体放在水平面上,f=0.5。当物体上施加力P=P1时,物体静止。求静滑动摩擦力F,逐渐增加P的值,增大到P=P2时,物体处于临界平衡状态。求Fmax及P2的大小。

解物体有受主动力向右滑动的趋势,摩擦力的方向向左,列平衡方程:

01-11-074最大静滑动摩擦力的大小可以用库仑定理求出:Fmax=fN根据临界平衡状态下的平衡条件:5.1.3动滑动摩擦力动滑动摩擦定律(了解一下基本概念)

01-11-0755.2自锁现象和摩擦角

5.2.1自锁现象

NFW2W1YX将主动力分解为切向分量W2与法向分量W1,其值分别为W1=WcosαW2=Wsinα由平衡方程:∑X=0F=W2∑Y=0N=W1∴F≤Fmax≤fN∴W2≤fW1Wsinα≤fWcosα∴tanα≤fW

01-11-076这一结果表明:主动力合力作用线与接触面法线间夹角的正切小于或等于静滑动摩擦系数f,是有摩擦系统平衡的充要条件。在这种情况下,有摩擦的物体是否处于平衡,与主动力的大小无关,只取决于主动力的合力作用线的方位。只要主动力的合力作用线的方位满足上式的要求,无论此力多么大,物体都能平衡,这种情况称为自锁现象。5.2.2摩擦角摩擦角是物体处于平衡状态时主动力与接触面法线间的最大夹角,摩擦角的正切等于静滑动摩擦系数f。∴自锁条件为:α≤φ

01-11-077上式表明:只要主动力合力作用线位于摩擦角以内,无论主动力的合力多大,物体都处于静止平衡状态。当主动力合力作用线位于摩擦角边界上,即α=φ时,物体都处于临界平衡状态。【例题5-2】重为Q的物体放在倾角α大于摩擦角φm的斜面上,另加一水平力P使保持静止。求P的最大值与最小值。设摩擦系数为f.

01-11-078解:先求使物体不下滑的最小力Pmin,物体下滑,所以摩擦力向上图(2)∴又再求使物体不上滑的最大力Pmax,物体上滑,摩擦力向下

∴∴又

01-11-0795.3考虑摩擦的平衡问题

考虑摩擦的平衡问题与不考虑摩擦的平衡问题在解法上有两点区别:一是在不光滑接触面上除了有法向反力外,增加了切向反力,即摩擦力,不仅要列出平衡方程,还要根据摩擦定律列出补充方程;二是静滑动摩擦力可以在零和最大静滑动摩擦力之间取值,求解时应给出解的范围。应用几何法解摩擦平衡问题,就是利用摩擦角的概念和自锁条件解题【例题5-3】梯AB长L,一端支于地板,一端支于墙上,梯与地板成角α,若梯与地板和墙的静摩擦角都等于φm,不计梯重,求重为P的人沿梯上行而不致滑倒的距离。

01-11-0710解通过分析可知,人沿梯上行时,A点摩擦力向左,B点摩擦力向右,当人上行到极限Xmax时,将开始滑动,A、B两点的反力都与接触面的法线成α角,延长RA、RB的作用线交于C点,由直角三角形ABC和BCD的几何关系知:BC=Lcos(α+φm)BD=BCcosφm=Lcos(α+φm)cosφm Xmax=L-BE=L-BDsecα=L[1-cos(α+φm)cosφmsecα]因此,要使梯不滑倒,人上行的距离应为x≤L[1-cos(α+φm)

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