第三節(jié)重力-彈力-摩擦力

五、摩擦力第三節(jié)

重力彈力摩擦力四、彈力一、力二、力的圖示三、重力

一、力通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變或物體形狀的改變，都是由于物體間相互作用的結(jié)果。于是人們歸納出，力是物體間的相互作用。寫(xiě)字時(shí)，手要對(duì)筆施力，才能抓牢筆桿書(shū)寫(xiě)；同時(shí)，筆桿對(duì)我們的手也施加了力，三個(gè)手指都被筆桿擠變了形。踢足球時(shí)，足球受到腳對(duì)它施加的力，向前滾去；同時(shí)，腳也會(huì)受到足球?qū)λ┘拥牧?，腳趾可能會(huì)感到疼痛。如果一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀發(fā)生了改變，我們就可以推斷，該物體受到了力的作用。力的大小可以用彈簧秤測(cè)量。力的SI單位是N（牛）。力是矢量，既有大小，又有方向。力的作用效果不僅與力的大小、方向有關(guān)，還跟力作用在物體上的作用點(diǎn)有關(guān)。因此，要把一個(gè)力準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，就要表明力的這三個(gè)要素。人們常用有向線段表示力。線段是按一定標(biāo)度畫(huà)出的，它的長(zhǎng)短表示力的大小，它的箭頭指向表示力的方向，箭尾表示力的作用點(diǎn)。這種表示力的方法，叫作力的圖示。例如，一個(gè)大小為100N，與水平方向的夾角為30°的拉力的圖示，如左圖所示。

二、力的圖示有時(shí)只需畫(huà)出力的示意圖，即只畫(huà)出力的作用點(diǎn)和方向，表示物體在這個(gè)方向上受到了力，如右圖

所示。重力的方向總是豎直向下的，并可認(rèn)為是作用在物體的重心上，如右圖所示。人們通常把處于地面附近的物體受到的地球引力叫作重力，用G

表示。物體所受重力G

與物體質(zhì)量m

的關(guān)系是

三、重力英國(guó)物理學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)，宇宙中所有的物體之間都具有相互吸引的力的作用，這種力叫作萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力的大小跟兩個(gè)物體的質(zhì)量成正比，跟兩個(gè)物體的距離的平方成反比。

G=mg式中g(shù)是重力加速度。

四、彈力發(fā)生形變后的物體由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力。例如，彈簧受力后會(huì)縮短或伸長(zhǎng)，于是會(huì)對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生彈力的作用，如右圖所示。

英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)，在彈性范圍內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小F跟彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度x成正比，即F=kx式中的k被稱為彈簧的勁度系數(shù)，單位是N/m（牛/米），不同彈簧的勁度系數(shù)一般是不同的，這個(gè)規(guī)律叫作胡克定律。

如果物體的形變過(guò)大，超過(guò)一定的限度，撤去作用力后，物體就不能恢復(fù)原來(lái)的形狀，這個(gè)限度叫作彈性限度。有時(shí)物體的形變很小，不易觀察。例如，一本放在水平桌面上的書(shū)與桌面間相互擠壓，書(shū)和桌面都發(fā)生微小的形變。由于書(shū)的形變，它對(duì)桌面產(chǎn)生向下的彈力，這就是書(shū)對(duì)桌面的壓力F1；由于桌面的形變，它對(duì)書(shū)產(chǎn)生向上的彈力，這就是桌面對(duì)書(shū)的支持力F2。壓力和支持力都是彈力，方向都垂直于物體的接觸面，如左圖所示。力也是一種彈力。如右圖所示的水桶受到的繩的拉力沿著繩，指向繩收縮的方向。

五、摩擦力例如，用一個(gè)較小的力推箱子，箱子沒(méi)有被推動(dòng)。根據(jù)物體平衡條件可知，此時(shí)一定有一個(gè)力與推力大小相等，方向相反，從而抵消了推力的作用。這個(gè)力就是地面對(duì)箱子的靜摩擦力，常用Ff

來(lái)表示。靜摩擦力有一個(gè)最大限度，這個(gè)限度叫作最大靜摩擦力。當(dāng)推力大于最大靜摩擦力時(shí)，箱子就不能再保持靜止，而要滑動(dòng)了。摩擦是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，這種力叫作摩擦力。當(dāng)一個(gè)物體在另一物體表面滑動(dòng)時(shí)，總會(huì)受到另一物體對(duì)它產(chǎn)生的阻礙它運(yùn)動(dòng)的力，這種力叫作滑動(dòng)摩擦力?；瑒?dòng)摩擦力的方向總是沿著接觸面，并且跟物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，如下圖所示。實(shí)驗(yàn)表明：滑動(dòng)摩擦力Ff的大小跟外力無(wú)關(guān)，只跟接觸面間的正壓力FN的大小成正比，可用下式來(lái)表示：式中的μ是比例常數(shù)，稱為動(dòng)摩擦因數(shù)。它的數(shù)值與接觸面的材料及粗糙程度等因素有關(guān)。Ff=μFN幾種材料間的動(dòng)摩擦因數(shù)材料動(dòng)摩擦因數(shù)材料動(dòng)摩擦因數(shù)鋼—鋼0.25鋼—冰0.02木—木0.30木頭—冰0.03木—金屬0.20橡膠輪胎—路面0.7～0.9皮革—鑄鐵0.28還有一種摩擦力叫作滾動(dòng)摩擦力。滾動(dòng)摩擦力是一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力。當(dāng)壓力相同時(shí)，滾動(dòng)摩擦力比滑動(dòng)摩擦力小很多。如右圖所示的是生產(chǎn)中常見(jiàn)的滾動(dòng)軸承。摩擦力有時(shí)會(huì)給生產(chǎn)、生活帶來(lái)不便。例如：自行車(chē)上的各個(gè)軸承間如果長(zhǎng)時(shí)間不添加潤(rùn)滑油，人在蹬騎時(shí)會(huì)感到非常費(fèi)力；各種機(jī)器運(yùn)行時(shí)傳動(dòng)部件間都有摩擦力，會(huì)多消耗能量、降低效率，甚至?xí)p壞零件、縮短機(jī)器壽命。因此，人們常常給機(jī)器添加潤(rùn)滑油來(lái)減小摩擦力，保護(hù)機(jī)器，提高工作效率。摩擦力真的沒(méi)有用處嗎？不是的，其實(shí)在生活中人們是離不開(kāi)摩擦力的。例如：汽車(chē)在公路上啟動(dòng)，依靠的就是橡膠輪胎和路面間的摩擦力；火車(chē)在鐵路上開(kāi)動(dòng)和制動(dòng)，依靠的也是鋼鐵車(chē)輪與鋼軌間的摩擦力。如果沒(méi)有摩擦力，我們會(huì)寸步難行。走路、拿鋼筆、用橡皮、戴帽子……都需要摩擦力?？梢哉f(shuō)離開(kāi)了摩擦力，我們就無(wú)法生活。人在行走時(shí)，主要受重力、支持力和摩擦力三個(gè)力的作用。人在地面上行走時(shí)，由于腳與地面間的摩擦力較大，因此人可以自如地控制自己的重心，在跨步行走時(shí)，使重心保持在兩腳之間而不滑到；若到了冰面上，人的腳與冰面之間的摩擦力很小，人在跨大步時(shí)很難控制自身重心的移動(dòng)，所以只能小步前進(jìn)，因此就顯得步履蹣跚。練習(xí)1-3

1.畫(huà)出下圖中所示的幾個(gè)力的圖示：（1）馬對(duì)車(chē)的拉力1000N；（2）鐵錘對(duì)釘子的打擊力300N；（3）電線對(duì)電燈的拉力8N。答：受力圖如下所示：

2.用兩根繩子把一個(gè)物體掛起來(lái)，如左圖所示，物體受幾個(gè)力的作用？請(qǐng)畫(huà)出物體受力的示意圖。答：物體受力的示意圖如右圖所示。

3.一個(gè)物體在斜面上保持靜止，如右圖所示，物體受幾個(gè)力的作用？請(qǐng)畫(huà)出物體受力的示意圖。

4.一輛馬拉雪撬的貨物總質(zhì)量是5.0×103kg，雪撬與水平冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.03，馬要在水平方向上用多大的力才能拉著雪撬勻速前進(jìn)？答：

1.5×103N

。

5.科學(xué)探究：圍繞鞋與地面的摩擦力這個(gè)話題，研究人們常穿的各種鞋，如皮鞋、運(yùn)動(dòng)鞋、旅游鞋、休閑鞋