很多同学在处理物理里那种需要动脑筋的大题目时, 总是会在弹力和摩擦力这两个方面掉链子。他们分不清力的方向、搞不定力的大小, 甚至还可能出现漏画力的情况, 这就直接导致了整道题目的分数全都被扣掉。今天我们就要把弹力以及摩擦力这两大重要的物理考点给彻底地拆开讲清楚。
解密弹力本质
在高中物理里面的力学体系部分, 弹力算是所有接触力量研究的一个基础了。我们要清楚地知道, 弹力的产生其实不是凭空捏造出来的, 它是来源于物体受到了压力的挤压之后, 想要恢复原本形状的那种强力的愿望。
只要存在两个物体它们相互接触的情况, 并且还发生了微小的一些弹性形变现象的话, 那么弹力自然而然地就会出现跟着来了, 其程度可以说是非常紧密的如影随形这一回事啊。
许多学生在做题的时候常常会忽视一个叫做接触和一个叫做挤压的东西, 这两个东西是必须都要有的前提条件。如果只是出现了接触的情况而没有出现挤压的情况, 那么就是绝对不会产生所谓的弹力的。举一个简单的例子来说明一下这个问题吧。假如说有两个小球紧紧地挨在一起并排搁在一个表面特别光滑的水平面上头。
在这个状态下如果没有任何外来的力量去推它们一下的话, 那么这两个小球彼此之间实际上是没有任何弹力进行相互作用的。这个知识点在进行受力分析的时候显得非常之重要。大家千万要注意不要凭借自己的主观直觉胡乱地去多画出一些原本不存在的力来。
弹力的表现形制是多且杂的, 其中最普遍的情况就是支持力和压力了, 还有绳子的拉力, 以及弹簧产生的弹力, 这些也是都属于这一种范围里的, 咱们得形成一个共同的见解, 就是说不管它的外表样子是什么样子, 弹力的根本性质还是在于东西在外力的拉扯或者挤压之下, 里面的分子和分子之间的距离发生了变动, 从而生出的一种用来对抗的力量, 你要是能把这一步想通了, 你就算是把弹力的核心给掌握住了。
在进行弹力是否有存在的判定过程当中, 人们经常会使用一种叫做假设法的常规手段。你可以去想一想这样的情况, 就是把某一个特定的物体给拿走。这时候, 来看另外一个物体它的运动状况是不是会发生变化。
如果这个物体的状态发生了变化, 那就证明了原本那个弹力确实是存在的。如果没有发生一点影响的话, 那么就说明你之前的担心是多余的。这样的一种思维逻辑在去处理那些比较复杂的力学里面包含多个物体的时候是非常有用的。
弹力方向判定
把弹力是怎么产生的这件事给弄明白了之后, 接下来最让人头疼的, 就是弹力的方向问题。在画受力分析图的时候, 很多同学都把弹力的箭头给画歪了。其实判断这个问题的核心逻辑只有一句话, 那就是弹力的方向总是指向受到力的那个物体, 并且要和接触面保持垂直的关系。
如果是点跟平面碰上了, 弹力就会垂直于这个平面, 而如果说是点跟曲面发生了接触, 弹力就垂直于在那个位置的切面, 再或者要是球体跟还有另一个球体进行了接触, 那弹力的方向就会沿着连接这两个球的中心的那条连线往前, 这种垂直的情况是非常死的, 根本不会因为物体动还是不动而变化, 不管是待在原地一动不动, 还是在滑动状态之下, 弹力的方向都是一直对着并且紧咬住那个接触面的法线。
关于绳子的那个拉力, 情况是有那么一点点不同的。由绳子所产生出来的弹力, 这个弹力的方向是永远都沿着绳子的走向的, 并且是指向绳子本身进行收缩的那个方向的。
这个地方有一个非常容易陷入错误的点需要提醒大家要注意一下, 那就是所谓的轻绳内部所产生的弹力在大小上是处处相等的, 同时它的方向只能是作为一种拉力而存在的, 绝对是不能够作为压力来出现的。
你要是如果在做题目的过程当中发现题目中居然出现了绳子能够产生推力的这样的说法的话, 那就一定说明是在理解方面出现了错误了。
弹簧杆产生的弹力, 实际上是高中阶段物理学科里最具有迷惑性的一个考题点。因为要拿它跟绳子做个对比, 你会发现杆子这个物件很特别, 它既可以拉人也可以推人, 也就是说既能产生拉力也能产生压力, 而且力的方向并不一定非要顺着杆子的方向去走不可。
在这种时候, 我们绝对不能死气白咧地去套用那些垂直的规则, 正确的做法是把物体的平衡状态或者牛顿第二定律给用上, 然后反着推算过去, 把杆子所提供的弹力的确切方向给推导出来。谁要是能把杆子的受力情况给分析得明明白白, 那在考试分数的拉开上就非常关键了。
摩擦力的门槛
如果要把弹力说成是直接的那种, 那么摩擦力就会有一种傲娇的属性, 这种属性表现出的摩擦力的出现条件, 会比弹力的出现条件显得更为苛刻, 在第一个方面, 两个物体它们必须相互地接触并且产生挤压, 这就意味着, 如果想要让摩擦力出现的话, 其必要的前提条件是必须先存在弹力这一事实, 倘若不存在弹力, 那么摩擦力就会像是没有根基的树木一样, 绝对是不可能出现的。
其次呢, 你需要注意到, 那个接触面它必须是粗糙的。回想一下高中物理里面那些理想化模型。如果题目里提到了平滑或者说是光滑这两个字的那就直接把这个摩擦力给pass掉了不用管了。
但是在准备考试的过程当中大多数时候你所遇到的场景都是粗糙的这种情况下你就得提高警惕才行。因为摩擦力这个小东西的大小的决定因素不仅仅是表面粗糙那么一点点事儿和压力的大小更是有着紧到不能再紧的关联。
关于第三个最为关键的条件, 我们需要理解的一点是, 在物体彼此之间存在的状态中, 必须包含相对运动这一情况, 或者也必须包含存在相对运动这种趋势的可能性。在此处大家一定要时刻注意到“相对”这两个具体的汉字。
很多同学在认知过程中经常出现的一种错误表现就是, 他们容易把某个物体自身发生的运动现象, 同相对运动的定义给彻底地混淆在一起。
当一个物体在地面这一特定的参照物上正在发生快速滑行的动作之时, 它所受到的摩擦力作用方向必定是与该物体相对于地面所发生的运动方向保持完全相反的状态的；但是如果场景转换到了传送带上面去讨论问题那就会发现, 整个情况的演变过程就变得极其复杂并且难以直接判断了。
摩擦力的出现, 其根本目的, 就是要把那种相对运动的状态, 或者那种相对运动的趋势, 给直接阻碍掉。这就好像是它在扮演一个非常保守的角色, 总是想要去维持两个物体之间原本就已经存在的相对位置关系, 不肯改变。
具体到细节上来讲, 如果你的动作是想往左边这个方向去滑动的话, 那么摩擦力就会对着右边来产生拉力, 把你拽回去；反之呢, 如果你在原地想要保持静止不动, 可是有一个外在的力在那里试图把你推走, 摩擦力就立刻会产生一个完全相反的力出来, 用这个力把你死死地按在那个位置上, 让你无法移动。
所以说, 理解这种阻碍性的特点, 就是掌握和理解摩擦力这一概念的关键所在, 这也是打开认识摩擦力大门的一把钥匙。
两种摩擦博弈
在这个摩擦力家族里头, 主要包含的两个成员是静摩擦力和滑动摩擦力, 许多同学常常搞不清楚到底在何种情况下应该使用公式来进行计算, 又在什么情形下适合通过平衡方程来解决实际问题, 所以我们在这里必须要把道理讲明白, 那就是滑动摩擦力存在着相应的计算公式, 但是静摩擦力通常的情况都是随着外界条件的变化而改变的。
滑动摩擦力的大小是跟正压力成正比的, 那个比例系数呢就是动摩擦因数。只要物体之间出现了相对滑动的现象, 这个力的大小基本上就变得固定了。
哪怕你推动的速度变得非常快, 可是只要你施加的压力没有发生变化, 那么滑动摩擦力依然是稳定不动的, 一点都不变。这就意味着我们必须在动手计算之前, 先去确认物体是不是真的动起来了。
静摩擦力呢, 它就像是那个会变色的变色龙, 其大小的变化趋势是随着外力的不断增大而不断增大, 直到最后达到一个极值点, 这个极值点就是最大静摩擦力, 在还没有能够达到这个极值的这个阶段里, 静摩擦力总是和阻碍物体运动的那个外力的大小是相等的, 因此, 我们在去计算静摩擦力的时候, 千万不要胡乱地去套用公式, 一定要注意观察物体的平衡状态究竟是什么样子的, 必须依据这种状态来列出方程才能够进行求解。
最容易让人出现误判的问题环节, 是在去判断所谓的“运动趋势”。当看到一个物体静止不动并且摆放在斜面之上时, 那么这个物体所接收到的沿着斜面向上方向的静摩擦力, 它会正好把那个由于重力产生的、沿着斜面方向向下拉的分力给完全抵消掉。
要是到了那个时候, 增加施加了一个指向下方的推力, 不过这个物体依然保持静止状态不移动, 那么这个时候静摩擦力会跟着一起变大起来。这种需要具备的动态变化的思维模式, 是想要学好在高中阶段的物理学科中的力学部分所必须具备的素质条件。
力学逻辑闭环
大家在实际解题过程中会发现, 弹力和摩擦力这两个东西通常会成对出现。这时候需要咱们自己建立一套标准化的办事流程。
首先是第一步, 要去找弹力, 具体做法是去看接触面, 再去看看挤压的程度到了什么地步；然后是第二步, 要去寻找摩擦力, 具体的操作是去看表面粗糙程度怎么样, 还要去判断相对运动趋势是否存在。
大家要记住一句话, 那就是只要有摩擦力在, 那么一定会有弹力在, 反过来说，即便存在弹力, 也不一定就会存在摩擦力。
在进行受力分析的时候, 我们需要注意弹力和这两个力之间的关系是相互垂直的, 具体来讲, 弹力的方向是垂直于接触面的, 而摩擦力的方向则是平行于接触面的, 这种在几何层面上存在的垂直关系能够帮我们快速检查一下受力分析是不是正确的, 如果你觉得你画出来的摩擦力和弹力它们之间没有形成90度的角, 那么可以断定你的图画肯定是错的, 这时候你需要赶紧回过头去重新审视一下。
此外, 千万不要忽视物体的整体法还有隔离法。如果是在分析多个物体相互作用这种情形的时候, 应当先把整体所受到的外力给看清楚, 然后再去分别拆解每一个物体所受的那些弹力以及摩擦力。
这种把范围从小到大、把外部到内部这样的思维方式, 能够让你在面对那些非常复杂的力学综合题时, 依旧可以保持头脑的清晰状态, 不会受到那些纷繁复杂的各种力的干扰和困扰。
大家最后需要记住的就是, 物理这一门学科想要学好, 它的重点其实不在于去进行那种机械式的背诵记忆, 而更在于要对相关的模型进行真正的理解才是真的正确做法。建议大家多多去动脑筋思考每一种力它出现背后所具有的那个物理背景到底是怎样的。要自己去脑海里面想象物体发生形变的具体过程到底是怎么样进行的。
同时也要努力亲自去感受那个摩擦阻碍运动发生的那一瞬间到底是怎么回事儿。只要你能够把那些看起来很抽象的力的概念具象化成日常生活中实际存在的物理过程, 你马上就会发觉到一个事情, 那就是原来我们总觉得很难的那种力学难点, 实际上不过只是自然规律的一种特别简单的延伸情况罢了。
你一旦掌握了弹力和摩擦力的判定技巧, 你就已经跨过了高中物理力学当中第一座大这座山。物理这们学科实际上并不是很难, 真正麻烦的地方在于缺少系统性的整理以及进行刻意练习这件事。
希望看这篇文章的你能够得到一些帮助, 从而能够把遮挡视线的云雾给拨开, 在接下来所进行的物理学习过程以及参加考试的过程里, 能够非常精准地把每一个力都给识别出来, 这样就把属于你的分数能够全部拿回来。
你要说一下, 在学力学那个事儿的时候, 最让你发愁的地方, 到底是受力分析这一块儿呢, 还是怎么用那些公式的这一方面? 或者是还有没有别的啥物理考点, 是你一直都没搞明白的?
欢迎你到评论区里头去留言分享。我会根据大家提出来的那些出现频率特别高的问题, 在下一期内容那里进行一个非常深入的解释和分析, 来帮助你轻轻松松地把物理考试准备给搞定。
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