自锁现象及其应用【特选材料】
4页1、自锁现象及其应用赵轩中国地质大学(武汉) 工程学院摘要:在力学中有这样一类现象,当物体的某一物理量满足一定的条件时,无论施加多大的力,都不可能让它与另一物体之间发生相对运动,我们将这一现象称为“自锁”。而在工程实际中,经常会见到“卡住”现象的发生,例如维修汽车时所用的千斤顶,但有时需要防止“卡住”现象的发生,如在使用变速器时,若发生“自锁”,则变速器就不能正常工作。我们必须先将“自锁”的原理搞清楚,才能将其更好地运用到生活中去。关键字:自锁现象;自锁条件;摩擦角;应用1.自锁现象1.1自锁现象的定义物体受静摩擦力作用而静止,当用外力试图使这个物体发生运动时,外力越大,物体被挤压的越紧,越不容易发生运动,即最大静摩擦力的保护能力越强,这种现象叫自锁现象。1.2几种简单自锁现象(1)水平面内的自锁现象如图1,重力为G的物体,放置在粗糙的水平面上,用适当大小的水平外力推它时,总可以使它动起来。但当用竖直向下的外力去推它,物体则不会发生运动。即使的方向旋转一个小角度变成来推,物体也不一定会运动。只有当力的方向与竖直方向的夹角超过一定角度变成时,用适当的力推动,物体才可能运动,而小于这一角度时,
2、无论用多大的力都不可能推动它。图1(2)竖直面内的自锁现象如图2,重力为G的物快紧靠在竖直粗糙的墙壁上,在适当大的外力作用下,可以保持静止。当外力大到重力可以忽略不计时,无论用斜向上的力,还是用斜向下的力作用于物快上时,物体都将会保持静止。与水平面不同的是,竖直面保证物体静止的最小力的条件有所不同。当用斜向上的力维持物体平衡时,不一定满足自锁条件,而若用斜向下的力使物体平衡,一定满足自锁条件,否则不可能处于平衡。图2(3)斜面内的自锁现象对于粗糙斜面上的物体,沿适当的角度施加适当大小的力也会出现自锁现象。这种情况介于水平面和竖直面两种类型之间,这里不做赘述。1.3自锁发生的条件(1)摩擦角以水平面内处于平衡的物体进行分析,当有摩擦时,支撑面对平衡物体的约束反力包含两个分量:法向分量和切向分量(即静摩擦力)。这两个分量的合力称为支撑面的全约束反力,简称全反力,它的作用线与接触面的公法线成一偏角,。当物快处于平衡状态时,静摩擦力达到最大值,偏角也达到最大值。全反力与法线间的夹角的最大值称为摩擦角。令静摩擦系数为,可知:=即:摩擦角的正切值等于静摩擦系数。(2)自锁的条件物体平衡时,静摩擦力
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