关于摩擦力的方向与作用效果的研究

陈小红

两个互相接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力，摩擦是生活中常见的现象，有利有弊，由于摩擦力的存在，使得汽车即使在水平面上运动，也要不停地燃烧汽油提供动力来克服摩擦力；但又是由于摩擦力的存在，使得我们可以通过踩刹车来使汽车停止，通过打方向盘偏转车轮来提供侧向摩擦力使汽车拐弯，否则汽车就不听使唤.

摩擦力的本质是限制相对运动，或者可以认为是一种约束作用，这一点无论滑动摩擦力还是静摩擦力都是一样的，其作用效果关键要看外界的影响：外部的推动力大，摩擦力不能够彻底地阻碍相对运动，那就是滑动摩擦力；外力不太大，摩擦作用能够阻碍相对运动，那就是静摩擦力.根据作用效果可知摩擦力的方向与物体相对运动方向或相对运动趋势方向相反，而不一定与物体运动方向相反，

一、滑动摩擦力的方向与作用效果

1.滑动摩擦力与相对运动方向相反，阻碍物体的相对运动

如图1，一物体在粗糙水平面上向左做直线运动，且受到向右的外力F的作用.在这个问题中，分析滑动摩擦力方向时，很多同学会主观认为：物体受到向有的外力F作用.故滑动摩擦力方向必定向左，与F反向.这种想法是错误的，他们对“与相对运动方向相反”的理解存在误区.此模型中，滑动摩擦力是产生于物体和水平面间的，故以水平面为参考系时，物体是向左运动的，受到水平面对其滑动摩擦力方向应该向有，与是否有外力F或者外力F的大小、方向均无关.此时，滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相反，阻碍物体运动，充当阻力的角色.

2.滑动摩擦力与运动方向相同，推动物体的运动

如图2，传送带以速度Vo顺时针转动，物块轻轻放上传送带的A端，随传送带运动到B端（假设传送带足够长）.在这个物理模型中，物块轻轻放上传送带，故初速度为0，传送带有向右的速度，物块相对于传送带向左运动，根据滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反可知，物块受到传送带对其向有的滑动摩擦力，如图3所示，在这个向有的滑动摩擦力作用下，物块开始做匀加速直线运动.此时，滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同，推动物体运动，充当动力的角色.

3.滑动摩擦力与其它力构成平衡力，物体静止

如图4，A、B两物体叠放在水平地面上，用细绳将A物体拴接于竖直墙上，两物体的接触处不光滑，现用水平拉力将物体B拉出，在拉出B物体的过程中，由于A对B的滑动摩擦力是水平向左的，根据牛顿第三定律，B对4的滑动摩擦力就是水平向右的，此时4物体受绳子拉力和滑动摩擦力而平衡，可见，并非只有运动的物体才能受滑动摩擦力，静止的物体也可以受滑动摩擦力.

总之，分析判断滑动摩擦力的方向要以施力物体为参考系去研究，找出受力物体相当于施力物体的运动方向，抓住“与相对运动方向相反”这个点人手.

二、静摩擦力的方向与作用效果

两物体间出现静摩擦力作用时，二者是相对静止的，但它们相对别的参考系可能是运动的，而且速度相同.有不少初学者认为，静摩擦力是产生于“静止”的物体之间，运动的物体不会受到静摩擦力，其实不然.

如图5，用手握住玻璃瓶，让玻璃瓶呈竖直状态.不管运动与否，手和玻璃瓶之间都有静摩擦力作用.当手和玻璃瓶向上运动时，玻璃瓶受到的静摩擦力向上，此时静摩擦力是动力；当手和玻璃瓶向下运动时，玻璃瓶受到的静摩擦力向上，此时静摩擦力是阻力；当手和玻璃瓶不运动或一起在水平面内运动时，玻璃瓶受到的静摩擦力向上，但在力的方向上位移为零，此时静摩擦力既不是动力，也不是阻力.可见，静摩擦力对物体产生的作用效果，关键是看物体受到的静摩擦力方向和它运动方向的关系.

1.从静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反来判断

所谓相对运动趋势的方向就是假定物体间没有摩擦力时相对运动的方向.

如图6，用水平向右的力F推桌面上的木块A，但是没有推动，分析A与桌面之间静摩擦力方向.可假设A与桌面间光滑，力F作用后A一定会向右运动，从而说明4有相对桌面向右运动的趋势，桌面对A有水平向左的静摩擦力，根据牛顿第三定律，A对桌面有水平向有的静摩擦力.

2.从物体的运动状态来判断静摩擦力的方向

（1）物体处于平衡状态

相对静止的两物体处于平衡状态时，根据平衡条件，物体间的静摩擦力与除静摩擦力之外的其它力的合力大小相等、方向相反.

如图7，质量为m的物体放置在倾角为θ的粗糙斜面上，且在沿斜面向上的外力F的作用下始终保持静止状态，试分析，当F从0开始逐渐增大的过程中，物体所受静摩擦力的方向.

此题如果还是按照与相对运动趋势方向相反的思路去考虑的话，可能一下子很难讲清楚.尝试换个角度，从物体所处的状态“静止”出发去研究.既然静止，平衡状态下，物体所受的合外力为0.所以，对物体进行受力分析，我们会发现，需要分情况讨论：

①若0≤F

②若F=mgsinθ，斜面方向上拉力和重力的合力为零，则静摩擦力f=0.

③若mgsinθ

（2）物体处于非平衡状态

对处于相对静止的两物体其加速度不为零，即处于非平衡态时，其静摩擦力的判定，首先是根据运动状态，确定加速度方向，然后分析物体受其它外力情况，对物体运用牛顿第二定律来判定静摩擦力的大小和方向.

综上所述，摩擦力总阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，但对于地面上的观察者来说，摩擦力的方向不一定与物体运动方向相反，有可能相同，也有可能垂直或摩擦力作用下物体并不运动，这将是同学们在后面学习能量问题时要讨论的摩擦力对物体可能做负功、做正功和不做功的三种情况.