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  献给摩擦力做正功
 

本文是寒门从网上搜的。多数人认为:摩擦力做正功,如传送带上的物体。寒门以为,由摩擦力的产生及大小、方向的特点,再由功的产生条件,这两方面综合起来看,摩擦力若直接阻碍物体的运动,则做负功;若不阻碍物体运动,则不做功,即做0 功。但是,没有人相信,据说,大多数是只要物体随着运动,就做正功了,那么,请看——人走路时地面的摩擦力对人做功吗?


战永杰

  不少人认为:人从静止走动起来动能增加是地面摩擦力对人做功的结果,因为人是靠地面摩擦力作用而走起来的,而且地面给人的摩擦力方向与人行走的方向一致,所以摩擦力对人做功使人动能增加。这种说法对不对呢?首先我们运用能量转化和守恒的观点就可知这是不对的。假若地面的摩擦力对人做正功,依据能量观点可知,这意味着地面向人体输入能量,人可以不吃饭,不需要从食物中获取能量就可以走动起来了。按这样推理,汽车也可以靠地面的摩擦力(后轮受的摩擦力方向与汽车前进方向相同)做正功而获得能量,汽车也可以不用燃料了,只需地面供给汽车能量就可以前进了。这显然是违反能量转化和守恒定律的。

  究竟人走路时地面摩擦力做不做功呢?这要从功的定义和人走路的具体过程去分析。我们知道:人的走路过程是脚蹬地─抬脚─迈步,脚蹬地时地面摩擦力作用在脚上,但脚没有离地也就没有位移,脚一旦抬起迈步,摩擦力随之消失。根据功的定义:功=力×力作用的质点的位移,可以断定,无论脚蹬地时还是迈步时,摩擦力做功都等于零。可见人行走前进并非地面摩擦力做功,而是人体内肌肉的力(人体内力)做功的结果。人走动时动能的增加是人体内部生物化学能转化而来的。也许人们会问:如果说摩擦力不做功,可是没有地面摩擦力,人便不能行走,这又如何解释呢,这是因为地面摩擦力为人体肌肉施力做功提供了条件,使人体内力做功得以实现。所以人走动必须依靠地面摩擦力,至于摩擦力是否做功,只能根据功的定义确定。

《教学参考资料》初中物理第一册

寒门所作摩氏功碑传有详细见解

三、滑动摩擦力可以对物体做正功
    
当滑动摩擦力的作用效果是加快物体运动时,其对物体做正功.
    
2 如图2所示,水平地面上有辆平板车,其粗糙的表面上放有一质量为m的木块,当平板车向右加速运动的位移为s时,发现木块在它上面发生向左方向的相对运动位移s,则滑动摩擦力对木块的做功情况如何?
  
分析与解 小车向右加速运动时,木块相对于小车向左滑动,所以木块受到的滑动摩擦力方向向右,在小车运动过程中,车上的木块相对于地面的位移为s-s,方向向右(如图2所示).所以,此过程中滑动摩擦力对木块做正功,其大小为W=Fscosαμmg(s-s).同时滑动摩擦力对小车做负功Wμmgscosπ=-μmgs,则一对滑动摩擦力分别对两物体所做功之和为
    
W合=W+W=-μmgs
   
即总功为负值.
    
从以上分析中可以悟出,物体之间的滑动摩擦力可以对其中某一物体做正功,也可以做负功,甚至可以不做功.但其对两个物体不可能同时不做功,它可能对一个物体做正功,对另一个物体做负功;也可能同时对两物体做负功,如在寒冷的冬天,用搓手的办法取暖就是滑动摩擦力同时对两只手做负功.总之,两物体之间的滑动摩擦力至少对一个物体必须做功,并且对两物体所做的总功一定是负值,这正是相对滑动时为什么会有机械能转化为内能的原因.
 四、静摩擦力可以对物体做负功
    
3 如图3所示,有一与水平方向夹角为θ的传送带,在它的上面放上一袋水泥,相对于传送带静止,传送带将水泥匀速向下传送,则此过程中静摩擦力对水泥做功情况如何?
     
分析与解 在水泥被匀速向下传送时,它相对于地面的位移方向沿斜面斜向下,传送带对它的静摩擦力与它重力的下滑分力相平衡,即沿斜面向上,水泥受到的静摩擦力与它的位移方向相反,因而,这里静摩擦力对水泥做负功.
    
五、静摩擦力可以对物体做正功
    
如果例3中传送带将水泥匀速向上传送,则水泥受到的静摩擦力与它在此过程中发生的位移方向相同,静摩擦力对水泥做正功.
    
六、静摩擦力可以对物体不做功
    
当物体受静摩擦力作用时,若物体相对地面处于静止状态,即物体相对地面没有发生位移,静摩擦力对它显然不做功;若物体在静摩擦力作用下,相对于地面运动,此时也存在静摩擦力不做功的现象.
    
4 有一水平圆形转盘,绕竖直转轴以角速度ω转动,在离轴心为r的地方放置一块质量为m的橡皮,随着转盘一起做匀速圆周运动.问:此过程中圆盘对橡皮的静摩擦力对橡皮所做的功为多少?
    
分析与解 橡皮随圆盘一起做圆周运动时,所需的向心力为F心=mω2r,此向心力是由圆盘对橡皮的静摩擦力提供的,即静摩擦力方向始终指向圆心,与橡皮的运动方向始终垂直,根据W=Fscosα可知,在任何时刻橡皮受到的静摩擦力对它不做功.
    
物体之间的静摩擦力可以对其中一个物体做正功,也可以做负功,甚至不做功.关键看物体受到的静摩擦力与它运动方向的关系.与滑动摩擦力做功所不同的是一对静摩擦力对两物体所做的总功为零,这是因为物体间的静摩擦力总是大小相等、方向相反,而它们运动时相对于地面的位移是相同的,所以,它们之间的静摩擦力若做功时,必定对一个做正功,对另一个做等量的负功.要么静摩擦力对两物体都不做功.这就是在静摩擦力作用下的两物体,即使发生运动也不会产生内能的原因.  寒门评语:教材(初中人教013月版第207 面,山东科技0511月版第57面都说得很明白:“力学里所说的功包括两个必要的因素:一个是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离”。摩擦力也有两个必要的因素:一是两个物体之间有相对运动或相对运动趋势时才产生,二是方向总是与相对运动或相对运动趋势方向相反,它们同时产生同时消失。那么,摩擦力可以做负功、可以不做功,做正功怎么理解呢?如上边的作者的分析与解答,好是牵强附会呀——传送带上的物体在摩擦力的方向上前进或者后退了多少距离?摩擦力的方向总是与运动或者运动趋势的方向相反,就已经把“功”的两个必要条件中的“二是物体在力的方向上通过的距离”违背了一个,在摩擦力作用下,当施加的力小于等于最大静摩擦力时,物体不产生距离;当施加的力大于最大静摩擦力时,物体向施加的力的方向产生距离,何来总是向后的摩擦力也做正功?摩擦力如果也能对物体作正功,也就是等于说,摩擦力可以使物体运动,那么,还需要动力吗?物体相对地面运动了一定的距离,是摩擦力使它运动的还是其他的力使它运动的呢?简直是无稽之谈!



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  Post  by  寒门学士 发表于 2006-3-1 13:14:07

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