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“第二步:动态辨变。”
先生加重了语气,“当条件突变时(如剪断绳、撤去力、撞击瞬间),逐一审视每一个已存在的力:这个力的决定因素是什么?这个决定因素在瞬间改变了吗?”
·“重力g改变了吗?(没有,质量重力场不变)”
·“支持力n改变了吗?(看形变是否突变。
通常缓慢变化,但撞击等极端情况可能突变)”
·“摩擦力f改变了吗?(看是静摩擦还是动摩擦。
静摩擦变滑动摩擦,大小可能突变;滑动摩擦f=μn,看n是否突变)”
·“弹簧弹力改变了吗?(形变决定,通常不突变)”
·“绳子拉力改变了吗?(可以瞬间变为零或改变)”
“第三步:重构合力。”
先生最后说,“根据动态辨变的结果,确定突变后瞬间的受力情况,然后重新计算合力,应用牛顿第二定律。”
凌凡如醍醐灌顶!
原来有这么清晰的思考步骤!
他立刻在笔记本上总结出“动态受力分析三步法”
,并用红笔标注“尤其注意摩擦力和弹力的突变问题!”
回到家,他迫不及待地找来一堆涉及瞬时性问题、摩擦力变化的题目,开始刻意练习这种“在脑海中拍电影”
的动态受力分析。
一道新题:物体放在水平传送带上,传送带由静止开始顺时针加速。
分析物体初始时的受力情况,以及摩擦力如何变化。
他闭上眼睛,开始“拍电影”
:·镜头一(传送带静止):物体静止。
受力:重力g(↓)、支持力n(↑)、静摩擦力f?……静摩擦力存在吗?物体有相对传送带运动趋势吗?没有。
所以f=0。
·镜头二(传送带突然加速瞬间):传送带开始动,物体由于惯性,想保持静止(相对地面),但脚底(接触面)被传送带拖着向右动。
于是物体有相对传送带向左运动的趋势!
所以静摩擦力方向应该是……阻碍相对运动趋势,所以向右!
大小?f静≤μ静n,由于要提供加速度,f静=a(随着a增大而增大,直到达到最大静摩擦)……·镜头三(如果加速足够大,物体与传送带相对滑动):一旦相对滑动,摩擦力变为滑动摩擦力,方向依然阻碍相对运动(向右),但大小瞬间变为f滑=μ滑n(通常略小于最大静摩擦)!
整个过程中,支持力n始终等于g,没有突变。
但摩擦力从0→静摩擦力(逐渐增大)→滑动摩擦力(突变)。
力的种类、大小都在动态变化!
“拍”
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