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适用于恒力做功的计算,研究物体的做功情况,常以地面为参考系,S为物体对地位移,α为F与S的夹角,随夹角α的变化,力可以做正功,负功或不做功。
1 静摩擦力做功
静摩擦力是相互挤压的两个物体有相对运动趋势时,受到的摩擦力,方向跟接触面相切,与物体相对运动趋势方向相反。
1.1 一个静摩擦力做功。
例1:车厢内有一小木块,木块随车厢一起运动,且无相对运动。(如图1)①若车厢加速,则木块所受静摩擦力的方向与速度方向、位移方向相同,静摩擦力对物体做正功。②若车厢减速,则木块所受静摩擦力的方向与位移方向相反,静摩擦力对物体做负功。③例如在上升的升降机地板上站有一个人,且放有一木箱,人用力沿水平方向推木箱但未推动,此情况,木箱受静摩擦力,但力的方向与位移方向垂直,即静摩擦力不做功。
结论:静摩擦力对物体可以做正功,负功,或不做功。
1.2 一对静摩擦力做功。
例2:如图2所示,A、B叠放在一起,静置于光滑水平面上,用力F水平推A,AB保持相对静止,在F的作用下,AB前进的位移S,试分析摩擦力做功情况?
分析:AB间有静摩擦力f与f'。
静摩擦力f对A做负功:W1=-fS
静摩擦力f'对B做正功:W2=f'S使B动能增加
其中:W1+W2=-fS+f'S=0
结论:①一对静摩擦力所做功的代数和为零,F对A做正功,使AB均加速,AB动能均增加,即A对B的作用,通过静摩擦力f'对B做功,使B机械能增加,但AB间无内能产生。②静摩擦力做功的过程,只有机械能的相互转移,而没有机械能转化为其它形式的能。
2 滑动摩擦力做功
滑动摩擦力是接触面粗糙、相互挤压的两个物体有相对运动时,受到的摩擦力。方向:与物体相对运动方向相反。
2.1 一个滑动摩擦力做功。
例3:一铁块置于粗糙长木板上,一端通过细绳与竖直墙相连,现用力F作用于木板上,试分析,在抽出木板的过程中,滑动摩擦力做功情况。(如图3)
分析:两物体间有滑动摩擦力,铁块受到滑动摩擦力,但没有位移,滑动摩擦力对铁块不做功,滑动摩擦力要阻碍木板的相对运动,对木板做负功。
例4:在平直公路上有一辆汽车,车上有一木箱,如图4:汽车由静止启动时(二者有相对运动)试分析滑动摩擦力对木箱做功?
解析:木箱由于惯性,要保持原来的静止状态,故木箱有相对汽车向后运动,受到向前的滑动摩擦力,对木箱做正功。
结论:滑动摩擦力可以对物体做正功、负功或不做功。
2.2 一对滑动摩擦力做功。
例5:如图5所示,顶端粗糙的小车,放在光滑的水平地面上,具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车,当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d,小车相对地面的位移为s,试分析滑动摩擦力做功情况?
滑动摩擦力f对木块做负功为:W木=-f(d+s)
由动能定理得木块的动能增量为:?驻EK木=-f(d+s)
滑动摩擦力对小车做正功为:W车=fs
同理,小车动能增量为:?驻Ek车=fs
有?驻EK木+?驻EK车=-fd
末式表明木块和小车所组成系统机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车的位移的乘积,这部分能量转化为内能。
结论:相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力所做的功总是负值,其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即恰等于系统损失的机械能。
1 静摩擦力做功
静摩擦力是相互挤压的两个物体有相对运动趋势时,受到的摩擦力,方向跟接触面相切,与物体相对运动趋势方向相反。
1.1 一个静摩擦力做功。
例1:车厢内有一小木块,木块随车厢一起运动,且无相对运动。(如图1)①若车厢加速,则木块所受静摩擦力的方向与速度方向、位移方向相同,静摩擦力对物体做正功。②若车厢减速,则木块所受静摩擦力的方向与位移方向相反,静摩擦力对物体做负功。③例如在上升的升降机地板上站有一个人,且放有一木箱,人用力沿水平方向推木箱但未推动,此情况,木箱受静摩擦力,但力的方向与位移方向垂直,即静摩擦力不做功。
结论:静摩擦力对物体可以做正功,负功,或不做功。
1.2 一对静摩擦力做功。
例2:如图2所示,A、B叠放在一起,静置于光滑水平面上,用力F水平推A,AB保持相对静止,在F的作用下,AB前进的位移S,试分析摩擦力做功情况?
分析:AB间有静摩擦力f与f'。
静摩擦力f对A做负功:W1=-fS
静摩擦力f'对B做正功:W2=f'S使B动能增加
其中:W1+W2=-fS+f'S=0
结论:①一对静摩擦力所做功的代数和为零,F对A做正功,使AB均加速,AB动能均增加,即A对B的作用,通过静摩擦力f'对B做功,使B机械能增加,但AB间无内能产生。②静摩擦力做功的过程,只有机械能的相互转移,而没有机械能转化为其它形式的能。
2 滑动摩擦力做功
滑动摩擦力是接触面粗糙、相互挤压的两个物体有相对运动时,受到的摩擦力。方向:与物体相对运动方向相反。
2.1 一个滑动摩擦力做功。
例3:一铁块置于粗糙长木板上,一端通过细绳与竖直墙相连,现用力F作用于木板上,试分析,在抽出木板的过程中,滑动摩擦力做功情况。(如图3)
分析:两物体间有滑动摩擦力,铁块受到滑动摩擦力,但没有位移,滑动摩擦力对铁块不做功,滑动摩擦力要阻碍木板的相对运动,对木板做负功。
例4:在平直公路上有一辆汽车,车上有一木箱,如图4:汽车由静止启动时(二者有相对运动)试分析滑动摩擦力对木箱做功?
解析:木箱由于惯性,要保持原来的静止状态,故木箱有相对汽车向后运动,受到向前的滑动摩擦力,对木箱做正功。
结论:滑动摩擦力可以对物体做正功、负功或不做功。
2.2 一对滑动摩擦力做功。
例5:如图5所示,顶端粗糙的小车,放在光滑的水平地面上,具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车,当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d,小车相对地面的位移为s,试分析滑动摩擦力做功情况?
滑动摩擦力f对木块做负功为:W木=-f(d+s)
由动能定理得木块的动能增量为:?驻EK木=-f(d+s)
滑动摩擦力对小车做正功为:W车=fs
同理,小车动能增量为:?驻Ek车=fs
有?驻EK木+?驻EK车=-fd
末式表明木块和小车所组成系统机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车的位移的乘积,这部分能量转化为内能。
结论:相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力所做的功总是负值,其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即恰等于系统损失的机械能。