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。
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。