生活中的自鎖現(xiàn)象及其意義

1、生活中的自鎖現(xiàn)象及其意義摘要：力學(xué)中有一類現(xiàn)象，當物體的某一物理量滿足一定條件時，無論施以多大的力都不可能讓它與另一個物體之間發(fā)生相對運動，物理上稱這種現(xiàn)象為 “自鎖”。生活中存在大量的自鎖現(xiàn)象，例如維修汽車時所用的千斤頂就是根據(jù) 自鎖原理設(shè)計的，但首先我們必須先研究其發(fā)生的條件， 然后根據(jù)不同需要來運 用自鎖原理，自鎖現(xiàn)象是力學(xué)中的一種特有現(xiàn)象，當自鎖條件滿足時，外力越大， 物體保持靜止的能力越強，不論該力多大，物塊都不會滑動。關(guān)鍵字：自鎖現(xiàn)象、自鎖條件、摩擦角、應(yīng)用1、引言生活中很多的技術(shù)都運用到了自鎖，但自鎖有利也有弊，必須了解發(fā) 生自鎖或不自鎖的條件，以便利用自鎖，所以需要通過研究自鎖

2、的原理來 應(yīng)用在生活中。自鎖的定義：僅在驅(qū)動力或驅(qū)動力矩作用下，由于摩擦使機構(gòu) 不能產(chǎn)生運動的現(xiàn)象。2、自鎖現(xiàn)象產(chǎn)生條件一、首先讓我們了解一下水平面上的自鎖現(xiàn)象如圖（1a）,重力為G的物體，放置在粗糙的水平面上，用適當大小的水平 力Fi推它時，物塊總會運動。但當用豎直向下的力 F2去推，物塊則不會運動。 既使F2的方向旋轉(zhuǎn)一個小角度變成F3來推，物塊也不一定會運動。只有當力的 方向與豎直方向的夾角超過一定角度變成 F4時，用適當?shù)牧ν苿?，物塊才可能 運動，而小于這一角度，無論用多大的力都不可能推動它。當物體與支持面之間粗糙，一旦存在相對運動趨勢，就會受靜摩擦力作用，設(shè)最大靜摩擦因數(shù)為祖,則最大

3、靜摩擦力為fM =NFn。如圖（1b）中，水平面 對物體的作用力，（支持力與靜摩擦力的矢量和）與豎直方向的夾角 a,滿足 tan尊=% =卜。a稱為摩擦角，無論支持力Fn如何變，a保持不變，其大小僅 F N由摩擦因數(shù)決定圖（1a）水平面上物塊受力示意圖圖（1b）物塊自鎖條件分析示意圖現(xiàn)討論發(fā)生自鎖的條件。設(shè)用斜向下的推力F作用于物體，方向與豎直方向成8時，如果滿足F sin 0 ,則物體所受動力大于阻力，物體就會運 動。二、在讓我們來分析斜面的自鎖條件如圖2所示，分析滑塊A在力Q的作用下不沿斜面下滑的條件。因為是滑塊下滑 的力為sin a ,而阻止其下滑的最大阻力為極限摩擦力 F=fQcos

4、a ,故當Qsin a fQcos a ,即沿運動方向的驅(qū)動力小于或等于極限摩擦力時，則滑塊將不發(fā)生運動，如增大力Q由于不等式兩邊同時增加，故不管力多大，滑塊都不能發(fā)生運動，即 能夠自鎖。圖（2）斜面自鎖示意圖則我們得出斜面自鎖的條件：斜面傾角小于或等于摩擦角，從圖中可以看出，也就是力 Q與 斜面法線的夾角小于或等于摩擦角。通過以上分 析可知，當作用于物體上全部主動力的合力的作 用線在摩擦角之內(nèi)時，不論該力多大，物塊都不會 滑動，這種現(xiàn)象稱為摩擦自鎖。3、自鎖現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用自鎖現(xiàn)象在力學(xué)中應(yīng)用極其廣泛，在生活、生產(chǎn)中也隨處可見，比如，有時 候停電了，去外面我們有時可以看到維修電力的工人需要

5、爬上電線桿，而登高對人來說是很困難的，所以他們腳上都會穿上特制的設(shè)備， 這個設(shè)備就是根據(jù)自鎖 制造的“登高腳扣”（圖3）,它的發(fā)明方便了人們的工作生活。一般腳扣是一對用機械強度較大的金屬材制作，用于承受人體重量。腳扣彎 成略大于半圓形的彎扣，確保扣住電線桿，保證足夠的接觸面。內(nèi)側(cè)面附有摩擦 因數(shù)較大的材料，扣的一端安裝腳踏板。使用時，彎扣卡住電桿，當一側(cè)著力向 下踩時，形成兩側(cè)向里的擠壓，接觸面產(chǎn)生向上的摩擦力，且向下踩的力越大， 壓力也越大，滿足自鎖條件，因而不會沿桿滑下。只需兩腳交替上抬就可爬上電 線桿。（圖3登高腳扣）還有一種應(yīng)用自鎖原理的設(shè)備我們也很熟悉， 這個東西在汽車修理店我們會

6、經(jīng)常看到，那就是架起汽車時用到的“千斤頂”（圖4）,千斤頂又稱機械式千斤 頂，是由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。普通螺旋千斤頂靠 螺紋自鎖作用支持重物，構(gòu)造簡單，推動手柄，使絲桿的螺紋沿著底座螺紋槽慢 慢旋進而頂起重物。并在頂起重物后，重物和絲桿能保持狀態(tài)，停在任何位置不 自動下降。即達到自鎖狀態(tài)。在材料強度的允許只要螺紋開角滿足絲桿材料與底座材料之間的自鎖條件， 范圍內(nèi)，無論多種的物體它都能舉起圖4 1螺旋千斤頂圖5是管鉗，有時候家中的水管堵塞了，我們會叫來水工，他們就會拿出隨 身帶的工具，最常見的就是這種管鉗，這個是水工作業(yè)的常用工具，其原理也是 自鎖原理，鉗口部分里外的寬度稍有不同，外部稍寬，固定柄架與活動桿橫向保 留一定間隙。當鉗口卡住管子時，用力扳手柄會使鉗口和管之間的擠壓更緊， 使 鉗口與管形成自鎖。從而擰動水管，達到其應(yīng)有的作用。（圖5管鉗）4、結(jié)論自鎖現(xiàn)象是力學(xué)中的特殊現(xiàn)象，在我們的生活中被廣泛應(yīng)用，從而我得出以 下結(jié)論：自鎖現(xiàn)象有利也有弊，有時需要自鎖，有時卻需要避免自鎖，所以我們研究 后知道，只有破壞自鎖條件才能避免自鎖， 通過這次對自鎖現(xiàn)象的分析，明白只 有我們熟悉自鎖的原理，才能在今后的生活應(yīng)用中正確的運用。參考文獻：11工程力學(xué)教程 西南交通大學(xué)應(yīng)用力學(xué)與工程系 高等