摩擦力做功

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摩擦力做功问题对大多数同学们来说很难理解,一是摩擦力方向很难把握,摩擦力大小计算也很难(特别是静摩擦力),摩擦力既可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。摩擦力做功的过程中可以产生热量,做的功可以全部转化成热量,也可以一部分转化成热量,也可以不转化为热量,等等的这些早就把同学们搞晕了,那应该如何理解摩擦力做功问题呢?做功计算公式W=Fx。

要理解摩擦力做功问题,首先回顾一下功与能的关系。

功是能转化的手段,能量要转化,必须要通过做功完成。

能是功转化的量度,转化了多少能量,就要做多少功。


静摩擦力做功

静摩擦力因为物体之间没有相对运动,所以静摩擦力不会产生热量,但静摩擦力可以不做功,也可以做功,下具体取几个例子。

1、静摩擦力不做功

推箱子没推动,静摩擦力不做功。

水平力F拉物块,物块静止,静摩擦力不做功。

其实人在正常走路过程中,静摩擦力也不做功。

2、静摩擦力做功

(1)静摩擦力做正功

如上图,水平面上叠放着A和B两个物块,给A物块一水平向右的作用力F,A、B一起向右做加速运动,B物块向右的加速度只能由静摩擦力提供,此时A对B的静摩擦力对物块B做正功,使物块B向右加速运动。

(2)静摩擦力做负功

如上图,A、B两物块一起向右做减速运动,B也向右做减速运动,减速的加速度只能由A对B的静摩擦力提供,此时A对B的静摩擦力对B做负功,使物块B向右减速运动。

静摩擦力做功总结:

1、静摩擦力可以不做功,可以做正功,可以做负功。

2、静摩擦力做功过程中不会产生热量,系统内只产生机械能转化。

3、一对静摩擦力做功代数和必为零。

滑动摩擦力做功

滑动摩擦力做功问题要比静摩擦力做功复杂一点,因为滑动摩擦力做功过程中会有内能的转化。

1、滑动摩擦力不做功

如上图所示,A、B接触面间粗糙,A物块左端细绳被拉直,现对物块B施加一水平向右的力F,物块B 向右滑动,很明显在此过程中,B对A的滑动摩擦力对A不做功,A对B的滑动摩擦力对B做负功。

2、滑动摩擦力做负功

滑动摩擦力做负功非常常见,如下图,一物块在粗糙的水平面上减速运动,很明显滑动摩擦力做负。

3、滑动摩擦力做正功

如上图所示,光滑的水平面上有一静止的物块,有一子弹打入物块并留在物块中,在子弹打进物块的过程中,子弹在做减速,物块在做加速,滑动摩擦力对子弹做负功,对物块做正功。

滑动摩擦力做功与生热问题

滑动摩擦力做功过程中会产生焦耳热,Q=fs(s为相对滑动的路程)。

如上图所示,光滑水平面上有一足够长的长木板,质量为m,长木板有水平向左的初速度V,长木板上有一质量为m的物块,物块速度水平向右。

由动量守恒可知,最后两者同时相对地面静止。

产生的焦耳热Q=μmgS。

能量转化关系:系统的动能通过摩擦力做功转化成焦耳热。

如上图所示,光滑水平面上有一静止的足够长的长木板,质量为m,长木板左端有一质量为m的物块,长木板与物块之间的摩擦因数为μ,现给物块一水平向右的速度,求当两者相对静止时,系统产生的焦耳热Q,摩擦力对物块做了多少功?摩擦力对长木板做了多少功?

从开始运动到两者相对静止时的图解如上图。

产生的焦耳热Q=μmgSo。

摩擦力对长木板做的功W1=μmgS1。

摩擦力对物块做的功W2==μmgS2。

为什么W1不等于W2?因为摩擦力做的功还有一部分转化成了内能,即产生了焦耳热。

W2=W1+Q。

能量转化关系:系统的一部分动能通过摩擦力做功转化成焦耳热。

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