在自由体图上确定作用-反作用力gydF4y2Ba

自由体图是作用在物体上的所有力的图解。它们在机械工程中应用非常普遍。本维基百科涉及以下主题:gydF4y2Ba

1. 自由体图的基本原理gydF4y2Ba
2. 与斜面有关的自由体图gydF4y2Ba
3. 静动摩擦gydF4y2Ba
4. 摩擦系数gydF4y2Ba
5. 连接对象gydF4y2Ba

先决条件:gydF4y2Ba

1. 你应该知道牛顿的三大运动定律。gydF4y2Ba
2. 你应该对三角函数有很强的理解，至少是基础知识。gydF4y2Ba
3. 你应该知道gydF4y2Ba $xgydF4y2Ba$和gydF4y2Ba $ygydF4y2Ba$向量的分量为。gydF4y2Ba
4. 你应该能形成并解联立方程。gydF4y2Ba

它们是表示作用在物体上的力的图表;通常，所讨论的力是垂直力和水平力。物体的反力不包括在内，但水平面对物体施加的力是关键的;这个力垂直于水平方向的力。它被称为正常，表示gydF4y2Ba $n。gydF4y2Ba$

• $ngydF4y2Ba$在上图中表示法向力，它gydF4y2Ba不是gydF4y2Ba从同一个物体到它自身的反作用力，因为作用力和反作用力不会发生在同一个物体上。gydF4y2Ba $ngydF4y2Ba$是由地面提供给物体的力，防止物体下沉到地面。gydF4y2Ba

• $FgydF4y2Ba$在图中通常是作用在物体上的力，它可能使物体加速/减速或保持平衡。gydF4y2Ba

• $fgydF4y2Ba$是摩擦力，它阻碍运动;有两种类型，静态和动态，但这些将在后面讨论。gydF4y2Ba

• $毫克gydF4y2Ba$是物体的重力，向下作用于物体。gydF4y2Ba

水平和垂直力gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

力不一定要这样作用。它们可以作用于角度，但为了解释给你们听，我们会这么说，对于一个处于平衡状态的物体，无论是匀速状态还是静止状态，水平力的总和gydF4y2Ba零gydF4y2Ba．这意味着，如果一个物体以相同的速度运动，它的合力为零，因为根据公式，它没有加速gydF4y2Ba $F = ma,gydF4y2Ba$在这gydF4y2Ba $一个= 0gydF4y2Ba$意味着gydF4y2Ba $F = 0。gydF4y2Ba$如果一个物体受到加速度，它就会受到一个力的作用。对于水平运动的物体gydF4y2Ba不是在空中而是在地面上gydF4y2Ba，竖直方向的力就会相等。gydF4y2Ba

这些方程将向你说明一切:gydF4y2Ba

与斜面有关的自由体图gydF4y2Ba：gydF4y2Ba

一个斜面看起来是这样的(什么，你想要一个复杂的定义?)gydF4y2Ba

如果你擅长观察图案，那么你可能已经意识到夹角的正弦乘以重量就是导致物体运动的力。余弦角乘以重量就是法向力(想象一下箭头余弦有一条向上和向下的线)。下面的例子会帮助你:gydF4y2Ba

一个司机忘了给他的跑车拉手刹。现在，它在一个结冰的斜坡上加速，摩擦力可以忽略不计。如果汽车的重量为980 N，小山有一个倾斜角gydF4y2Ba $30 ^{\保监会}gydF4y2Ba$，求它向下的力。gydF4y2Ba

---

策略:既然我们知道权值是一个矢量，斜面在gydF4y2Ba $30 ^{\保监会}gydF4y2Ba$，我们可以用我们在定义斜面时学到的知识来解决这个问题。这意味着取矢量的矢量分量，找出作用在斜率上的分量(因为它与作用在它上的力平行);我们叫它gydF4y2Ba $xgydF4y2Ba$．然后gydF4y2Ba

$\begin{aligned} x\text{-component} &= mg\sin \theta \\ &=980 \text{N} \乘\sin 30^{\circ} \\ &=980 \times \dfrac{1}{2} \\ &=490 \text{(N)}。\ \ _ \广场结束{对齐}gydF4y2Ba$

好吧，我希望这能给你一个思路，但是你将处理的大多数对象都不会这么简单(但如果你理解了这一部分，这将是一个重要的步骤，所以请鼓励自己)。困难的部分是，你必须考虑作用于其上的其他力，通常是空气阻力和摩擦，这将使我们进入下一个话题。gydF4y2Ba

摩擦就是运动的阻力。它是一个接触力。gydF4y2Ba

动摩擦:gydF4y2Ba通常，当你第一次接触到摩擦力时，它是试图阻止物体移动的力(不要忘记摩擦力的好处)。这叫做动摩擦，物体运动时的反作用力。gydF4y2Ba

静态摩擦:gydF4y2Ba你有没有注意到，开始推动某物比让它保持运动更难?如果你没有，试试帮你推点重的东西。你应该注意到，试图推动它的运动比保持它移动更困难。这就是所谓的静摩擦，它是保持物体“惰性”的力(我希望你知道这个定义)。静摩擦总是大于动摩擦。静摩擦的最大值称为gydF4y2Ba限制摩擦gydF4y2Ba．在达到极限摩擦力之前，静摩擦等于所施加的力。gydF4y2Ba

关于摩擦力的运动有以下几个规则:gydF4y2Ba

1. 运动总是平行于表面。gydF4y2Ba
2. 它总是对着施加的力。gydF4y2Ba
3. 它与所施加的力无关。gydF4y2Ba
4. 它与与表面接触的面积无关。gydF4y2Ba

摩擦系数gydF4y2Ba以下是两个物体的动摩擦系数与静摩擦系数的对比表:gydF4y2Ba

这证明了gydF4y2Ba静态摩擦gydF4y2Ba总是大于gydF4y2Ba动摩擦gydF4y2Ba．不用担心这张桌子，因为没人要求你记住它。他们通常会在问题中给出答案;有时候你需要计算摩擦系数。gydF4y2Ba

将质量为2kg的物体放在实验台上，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。如果施加20牛的力，求作用在物体上的摩擦力。gydF4y2Ba $\大(gydF4y2Ba$假设gydF4y2Ba $G = 10\text{m/s}^2\大)。gydF4y2Ba$

---

首先，我们需要知道这些公式:gydF4y2Ba

• (极限摩擦)=(质量)gydF4y2Ba $\ *gydF4y2Ba$(静摩擦系数)gydF4y2Ba $\ *gydF4y2Ba$(重力加速度)gydF4y2Ba
• (动摩擦)=(质量)gydF4y2Ba $\ *gydF4y2Ba$(动摩擦系数)gydF4y2Ba $\ *gydF4y2Ba$(重力加速度)。gydF4y2Ba

在这种情况下,gydF4y2Ba

$\文本{限制摩擦}= 2 \乘以0.2 \乘以10 = 4 \文本{N}。gydF4y2Ba$

这意味着这个物体不会移动，直到最小的力gydF4y2Ba $4 \文本{N}gydF4y2Ba$应用。所以，在这种情况下，因为一个力大于gydF4y2Ba $4 \文本{N}gydF4y2Ba$当物体在运动时，此时起作用的摩擦就是动摩擦。gydF4y2Ba

现在,gydF4y2Ba

$\文本{动摩擦}= 2\乘以0.1\乘以10 = 2\文本{N}。gydF4y2Ba$

因此，作用在物体上的摩擦力是2牛。gydF4y2Ba $_ \广场gydF4y2Ba$

汽车以匀速行驶gydF4y2Ba $54 \文本{km / h}gydF4y2Ba$在高低不平的水平路面上，有动摩擦系数gydF4y2Ba $0.75。gydF4y2Ba$当它看到一个小孩站在路上gydF4y2Ba $20 \文本{m}gydF4y2Ba$在前方，他踩下刹车，使汽车停在一段距离。当汽车静止时，孩子离汽车有多远?gydF4y2Ba $\大(gydF4y2Ba$假设gydF4y2Ba $g = 10 \文本{m / s} ^ 2。\大)gydF4y2Ba$

---