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(dāng)物體的某一物理量滿足一定條件時(shí)，無(wú)論施以多大的力都不可能讓它與另一個(gè)物體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(shí)所用的千斤頂就是根據(jù) 自鎖原理設(shè)計(jì)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(lái)運(yùn) 用自鎖原理，自鎖現(xiàn)象是力學(xué)中的一種特有現(xiàn)象，當(dāng)自鎖條件滿足時(shí)，外力越大， 物體保持靜止的能力越強(qiáng)，不論該力多大，物塊都不會(huì)滑動(dòng)。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(yùn)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(guò)研究自鎖

2、的原理來(lái) 應(yīng)用在生活中。自鎖的定義：僅在驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩作用下，由于摩擦使機(jī)構(gòu) 不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)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(dāng)大小的水平 力Fi推它時(shí)，物塊總會(huì)運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)用豎直向下的力 F2去推，物塊則不會(huì)運(yùn)動(dòng)。 既使F2的方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度變成F3來(lái)推，物塊也不一定會(huì)運(yùn)動(dòng)。只有當(dāng)力的 方向與豎直方向的夾角超過(guò)一定角度變成 F4時(shí)，用適當(dāng)?shù)牧ν苿?dòng)，物塊才可能 運(yùn)動(dòng)，而小于這一角度，無(wú)論用多大的力都不可能推動(dòng)它。當(dāng)物體與支持面之間粗糙，一旦存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，就會(huì)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(duì)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(wú)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(shí)，如果滿足F sin 0 ,則物體所受動(dòng)力大于阻力，物體就會(huì)運(yùn) 動(dòng)。二、在讓我們來(lái)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?yàn)槭腔瑝K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(dāng)Qsin a fQcos a ,即沿運(yùn)動(dòng)方向的驅(qū)動(dòng)力小于或等于極限摩擦力時(shí)，則滑塊將不發(fā)生運(yùn)動(dòng)，如增大力Q由于不等式兩邊同時(shí)增加，故不管力多大，滑塊都不能發(fā)生運(yùn)動(dòng)，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(guò)以上分 析可知，當(dāng)作用于物體上全部主動(dòng)力的合力的作 用線在摩擦角之內(nèi)時(shí)，不論該力多大，物塊都不會(huì) 滑動(dòng)，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(jiàn)，比如，有時(shí) 候停電了，去外面我們有時(shí)可以看到維修電力的工人需要

5、爬上電線桿，而登高對(duì)人來(lái)說(shuō)是很困難的，所以他們腳上都會(huì)穿上特制的設(shè)備， 這個(gè)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(duì)用機(jī)械強(qiáng)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(shí)，彎扣卡住電桿，當(dāng)一側(cè)著力向 下踩時(shí)，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(huì)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(gè)東西在汽車修理店我們會(huì)

6、經(jīng)?？吹?，那就是架起汽車時(shí)用到的“千斤頂”（圖4）,千斤頂又稱機(jī)械式千斤 頂，是由人力通過(guò)螺旋副傳動(dòng)，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(jiǎn)單，推動(dòng)手柄，使絲桿的螺紋沿著底座螺紋槽慢 慢旋進(jìn)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(dòng)下降。即達(dá)到自鎖狀態(tài)。在材料強(qiáng)度的允許只要螺紋開(kāi)角滿足絲桿材料與底座材料之間的自鎖條件， 范圍內(nèi)，無(wú)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(shí)候家中的水管堵塞了，我們會(huì)叫來(lái)水工，他們就會(huì)拿出隨 身帶的工具，最常見(jiàn)的就是這種管鉗，這個(gè)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(dòng)桿橫向保 留一定間隙。當(dāng)鉗口卡住管子時(shí)，用力扳手柄會(huì)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(dòng)水管，達(dá)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(shí)需要自鎖，有時(shí)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(guò)這次對(duì)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(yùn)用。參考文獻(xiàn)：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