在物理学中,摩擦力是一个非常重要的概念。它描述的是两个接触表面相对运动时产生的阻碍作用。为了更好地理解和掌握摩擦力的相关知识,我们可以通过一些习题来巩固所学的内容。
例题1:滑块问题
题目:一个质量为m=2kg的滑块放在水平地面上,滑块与地面之间的动摩擦因数μ=0.5。如果施加一个水平向右的拉力F=12N,求滑块的加速度a。
解答:
首先计算滑块受到的最大静摩擦力和滑动摩擦力。
- 最大静摩擦力 \( f_{max} = μ \cdot N = μ \cdot m \cdot g = 0.5 \cdot 2 \cdot 9.8 = 9.8N \)
- 滑动摩擦力 \( f_k = μ \cdot N = 9.8N \)
因为施加的拉力F=12N大于滑动摩擦力f_k,所以滑块会加速运动。
根据牛顿第二定律,合力等于质量乘以加速度:
\[ F - f_k = m \cdot a \]
\[ 12 - 9.8 = 2 \cdot a \]
\[ a = 1.1 \, m/s^2 \]
因此,滑块的加速度为 \( 1.1 \, m/s^2 \)。
例题2:斜面问题
题目:一个质量为m=3kg的小球从倾角为θ=30°的光滑斜面上滑下,斜面与水平地面之间的动摩擦因数μ=0.2。求小球在斜面上下滑时的加速度a。
解答:
由于斜面是光滑的,小球只受重力和支持力的作用,没有摩擦力。因此,小球沿斜面方向的分力为:
\[ F_{parallel} = m \cdot g \cdot sin(θ) = 3 \cdot 9.8 \cdot sin(30°) = 14.7N \]
小球沿垂直于斜面方向的分力为:
\[ F_{perpendicular} = m \cdot g \cdot cos(θ) = 3 \cdot 9.8 \cdot cos(30°) = 25.46N \]
由于斜面本身与地面之间有摩擦力,我们需要考虑这个摩擦力对小球的影响。地面受到的摩擦力为:
\[ f_k = μ \cdot F_{perpendicular} = 0.2 \cdot 25.46 = 5.092N \]
这个摩擦力会减小小球沿斜面方向的加速度。根据牛顿第二定律,小球的加速度为:
\[ a = \frac{F_{parallel} - f_k}{m} = \frac{14.7 - 5.092}{3} = 3.2 \, m/s^2 \]
因此,小球在斜面上下滑时的加速度为 \( 3.2 \, m/s^2 \)。
通过以上两道习题,我们可以看到摩擦力在不同情况下的应用。希望这些练习能够帮助你更好地理解摩擦力的概念及其实际应用。