圆周运动 · 水平转盘

静摩擦力不是总等于 μmg

物块随转盘做圆周运动时,静摩擦力要先“按需”提供向心力;只有需求碰到最大值 μmg,才来到临界。

俯视图:物块随盘转动;蓝箭头是速度方向,箭头长度仅作示意。

水平转盘上物块的受力和速度示意图 物块在水平转盘上绕圆心运动,显示速度方向、所需向心力和静摩擦力。 转轴
速度方向 v 实际静摩擦力 f静 所需向心力 F需

当前判断

随盘静止

静摩擦力按需提供向心力,尚未达到上限。

所需向心力 F需 = mω²r
3.53 N
最大静摩擦力 f静,max = μmg
4.41 N
临界角速度 ω临界
1.57 rad/s

先问“需要多少”,再问“最多能给多少”

只要物块还没有相对转盘滑动,向心力由静摩擦力提供。因此静摩擦力的实际大小会随转速和半径改变;它不是一开始就取最大值。

未滑动时:f静 = F需 = mω²r,且 f静 ≤ μmg

当 mω²r = μmg 时,静摩擦力正好到上限,物块处于“恰好不滑”的临界状态;若再增大 ω 或 r,需求超过上限,物块将相对转盘向外滑。