自鎖現象是一種力學物理現象,如果作用於物體的主動力的合力Q的作用線在摩擦角之內,則無論這個力怎樣大,總有一個全反力R與之平衡,物體保持靜止;反之,如果主動力的合力Q的作用線在摩擦角之外,則無論這個力多么小,物體也不可能保持平衡。這種與力大小無關而與摩擦角有關的平衡條件稱為自鎖條件。物體在這種條件下的平衡現象稱之自鎖現象。
基本介紹
- 中文名:自鎖現象
- 外文名:Self-lock
- 學科:物理
- 相關物理量:摩擦角
摩擦角,主要考點,套用,斜面自鎖條件,
摩擦角
摩擦角
法向反力N與摩擦力F的合力R稱為支持面對物體的全反力。
即摩擦力F達到最大值Fmax時,這時的夾角a也達到最大值b,把b稱為摩擦角。
tanb=F/N=μN/N=μ
此式表明:摩擦角b的正切等於靜摩擦因數。
即:μ≥tanθ
特點
物塊平衡時,靜摩擦力不一定達到最大值,可在零與最大值Fmax之間變化,所以全約束力與法線間的夾角α也在零與摩擦角t之間變化。
主要考點
物塊平衡時,靜摩擦力不一定達到最大值,可在零與最大值之間變化,所以全約束力與法線間的夾角 φ也在零與摩擦角 之間變化.
由於靜摩擦力不可能超過最大值,因此全約束力的作用線也不可能超出摩擦角以外,即全約束反力必在摩擦角之內。由此可知:
(1)如果作用於物塊的全部主動力的合力的作用線在摩擦角 之內,則無論這個力怎樣大,物塊必保持靜止。稱這種現象為 自鎖現象 。因為在這種情況下,主動力的合力 與法線間的夾角 ,因此,主動力的合力 的作用線必在摩擦角之內,而全約束力的作用線也在此摩擦角之內,主動力的合力 和全約束力 必能滿足二力平衡條件,如圖所示,所以物塊必靜止。工程實際中常套用自鎖原理設計一些機構或夾具,如千斤頂、壓榨機、圓錐銷等,使它們始終保持在平衡狀態下工作。
(2)如果全部主動力的合力 的作用線在摩擦角 之外,則無論這個力怎樣小,物塊一定會滑動。因為在這種情況下,全部主動力的合力 的作用線已在摩擦角之外,全約束力的作用線不可能出現在摩擦角之外,不能滿足二力平衡條件,所以物塊不會靜止。套用這個道理,可以設法避免發生自鎖現象。
套用
利用摩擦角的概念,可用簡單的試驗方法,測定靜摩擦因數。如圖所示。
把要測定的兩種材料分別做成斜面和物塊,把物塊放在斜面上,並逐漸從零起增大斜面的傾角 θ ,直到物塊剛開始下滑時為止。記下斜面傾角 θ ,這時的 θ 角就是要測定的摩擦角 ,其正切就是要測定的摩擦因數。理由如下:由於物塊僅受重力和全約束力作用而平衡,所以重力與全約束力應等值、反向、共線,因此沿垂直線,重力與斜面法線的夾角等於斜面傾角 θ 。而當物塊處於臨界狀態時,全約束力與法線間的夾角等於摩擦角 ,也即θ=φ。所以摩擦因數為tanθ。
斜面自鎖條件
物塊 A在鉛直載重 的作用下,不沿斜面下滑的條件。物塊不下滑,即斜面的自鎖條件是斜面的傾角小於或等於摩擦角。
斜面的自鎖條件就是螺紋的自鎖條件。因為螺紋可以看成為繞在一圓柱體上的斜面,螺紋升角 θ 就是斜面的傾角。螺母相當於斜面上的滑塊A,加於螺母的軸向載荷,相當於物塊A的重力,要使螺紋自鎖,必須使螺紋的升角 θ 小於或等於摩擦角 。因此螺紋的自鎖條件也是 。