认识的误区、低级的错误——正说摩擦力被平衡后
翻遍所有的关于牛顿第二实验装置的设计,在摩擦力的处理上,绝大多数是用抬高板面的一端来平衡摩擦力的(气垫导轨只能是减小了摩擦力,减小到人为地认为可以忽略罢了),在摩擦力被平衡后,于是人们便认为“没有了摩擦力”,也于是,在验证、演示牛顿第二定律时,便在“力、质量、加速度”三者之间找它们的联系,通过确实存在的实验现象中总结出:力一定时,加速度与质量成反比。理由是,谁要谈摩擦力有影响,它已经被平衡了,换句话说,就是已经没有摩擦力了。真的摩擦力“被平衡了”就是“没有摩擦力了”吗?寒门不同意这个说法。
在“中国高中物理论坛”上,寒门曾就这个话题向朋友们请教过,凡是参与选择的朋友都肯定“摩擦力被平衡后,在物体运动过程中仍起阻碍作用”,有的也质问寒门出这样“小儿科”的问题。本来嘛,如果不是寒门有意想探讨问题,肯定不会如此求教“小儿科”的问题。
如图1,两个物体处于平衡静止状态,如果互以对方为自己的摩擦力,那么,当去掉任何一个物体时,
另一个一定不再平衡静止。
如图2,假定m2处于极光滑的摩擦力可忽略的斜面上,与m1通过忽略质量的细线连接后也处于平衡静止状态,如果剪断m1端的细线,m2也肯定加速滑下来。
如图3,物体处于
平衡静止状态,µm3gcosθ=m3gsinθ,假如它能类同于图2,则有m1g=µm3gcosθ了。
三个图示都证明一个道理:摩擦力被平衡后仍起阻碍作用,一旦变为0,物体原来的状态立即改变。
假如上边的等式m1g=µm3gcosθ成立,把它推论到如图4的平衡静止的水平面上,因为cosθ=1,则有m1g=µm4g,推出m1=µm4了。这一点不用寒门说,大家早已都明白,但是,如果承认图4的装置可以用阿特武德机原理求加速度的话,还会有朋友支持这样 (m1-µm2)g=(m1+µm2)a求而不是这样(m1-µm2)g=(m1+m2)a求吗?
我们可以把图1和图4组成一个比较系统进行实验,已知m1、m2、m1大于m2、µ(小于1而大于0),求m4,令使m1在相等的时间内下落的高度相等,可以测得m4质量的大小,如果m1=µm4或接近,则实验成功。
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