寒门老师提出要我针对他的观点进行反驳,否则有人身攻击之嫌。那么我就对此公式进行一下推理吧。当然,也许在我写这篇文章的时候寒门已经发现他自己的错误了,那说明我没有仔细查寒门博客的更新情况,还请谅解!
寒门老师在“欢迎大家来剖析平面上的μ”一文(http://news.zbedu.net/wuli/user1/60/archives/2006/2016.html)中提出水平桌面上物体在拉力作用下的公式为F-μmg=μma。我们来看这个公式能不能成立。
下面我以几个问题来分析这个公式的正确与否,为了简单起见,设重力加速度为g=10m/s2,物体质量m为1kg,则这个物体受到的重力G(=mg)一定是10N。
1、当这个物体自由下落时,很明显,它下落的加速度是g=10m/s2。换句话说,10N的重力G只能使它在竖直方向上产生10m/s2的加速度。
2、现在把它放在水平桌面上,我用F=8N的恒力来拉它。物体受到的水平方向上的合力绝不可能大于8N(即使没有摩擦力)!由于物体在桌面上不可避免地受到摩擦力的影响(哪怕摩擦力很小),物体在水平方向上的合力(拉力F-摩擦力μmg)都肯定小于8N!当然更要小于10N。注意,拉力F并不是合力。在此强调一句,以免被别人误解,同时也提醒一下自己。
3、我提一个问题:这个小于8N的水平合力在水平方向上使这个物体产生的加速度(a)可能大于竖直方向上10N重力使物体产生的加速度(g)吗?我想,任何人都会说,这个水平拉力绝对不会使物体产生大于等于10m/s2的加速度的吧。就是说,在以8牛顿的力来拉物体时,即使没有摩擦,物体也不至于产生10m/s2的加速度吧,当然由于摩擦的存在,物体的加速度就会更小了。
4、下面我们假设物体和桌面的摩擦因数为0.2,这个摩擦因数是很常见的,并不是很高的要求,木头和金属间的摩擦因数就大致等于这个值。根据寒门的公式(F-μmg=μma),我们可以得到:a=(F-μmg)/(μm),代入以上数据,居然可以得出a=30m/s2!
请问寒门,仅仅8N的拉力(还有2N的摩擦力,则水平方向上仅有6N的合力)为什么能使物体产生30m/s2的加速度呢?要知道在没有摩擦的自由落体运动中,10N的力才使同一物体产生了10m/s2的加速度啊!我百思不得其解,希望寒门能给我解释一下!如果您的解释符合逻辑,我将向您道歉并承认自己的错误。
也许有的朋友会说,你驳斥寒门的说法,那么你认为正确的是怎么样的呢?我的结论可能会让许多猎奇的朋友失望,因为我只能给出符合牛顿第二定律的方程:F-μmg=ma。大家看,在这个方程里,如果还按前面的已知条件的话(F=8N,μ=0.2,m=1kg,g=10m/s2),则容易求得a=6m/s2。多用几个值来计算一下,我们发现:在物体质量不变情况下,加速度大小确实和合力(这里合力等于F-μmg)成正比!而按照寒门的理论来计算的话,事实上即使合力及物体的质量都不变,只要摩擦系数变了(比如在前面的例子里,拉力由8N变为10N,摩擦因数由0.2变成0.4,则合力不变),物体加速度一定发生变化(这里加速度由前面的30m/s2变成15m/s2。这恐怕不符合寒门自己承认的加速度和合力成正比啊(按照加速度和合力成正比的要求,合力一定时加速度就应该一定,而这里合力没有变化加速度却变了,莫非寒门认为加速度和合力成正比的条件是摩擦因数一定?)
最后再补充一下,最近我查了一下资料,在冰面上钢铁的摩擦因数μ可以小到0.02的水平,则按照前面的数据(m=1kg,g=10m/s2,F=8N),物体加速度居然可以达到390m/s2的水平!这已经超过载人宇宙飞船的加速度数倍了(载人宇宙飞船的加速度一般不能超过100m/s2,否则宇航员无法承受)