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1、生活中的自鎖現(xiàn)象及其意義摘要：力學中有一類現(xiàn)象，當物體的某一物理量滿足一定條件時，無論施以多大的力都不可能讓它與另一個物體之間發(fā)生相對運動，物理上稱這種現(xiàn)象為“自鎖”。生活中存在大量的自鎖現(xiàn)象，例如維修汽車時所用的千斤頂就是根據(jù)自鎖原理設(shè)計的，但首先我們必須先研究其發(fā)生的條件，然后根據(jù)不同需要來運用自鎖原理，自鎖現(xiàn)象是力學中的一種特有現(xiàn)象，當自鎖條件滿足時，外力越大，物體保持靜止的能力越強，不論該力多大，物塊都不會滑動。關(guān)鍵字：自鎖現(xiàn)象、自鎖條件、摩擦角、應(yīng)用1、引言生活中很多的技術(shù)都運用到了自鎖，但自鎖
2、有利也有弊，必須了解發(fā)生自鎖或不自鎖的條件，以便利用自鎖，所以需要通過研究自鎖的原理來應(yīng)用在生活中。自鎖的定義：僅在驅(qū)動力或驅(qū)動力矩作用下，由于摩擦使機構(gòu)不能產(chǎn)生運動的現(xiàn)象。2、自鎖現(xiàn)象產(chǎn)生條件一、首先讓我們了解一下水平面上的自鎖現(xiàn)象如圖（1a），重力為G的物體，放置在粗糙的水平面上，用適當大小的水平力F1推它時，物塊總會運動。但當用豎直向下的力F2去推，物塊則不會運動。既使F2的方向旋轉(zhuǎn)一個小角度變成F3來推，物塊也不一定會運動。只有當力的方向與豎直方向的夾角超過一定角度變成F4時，用適當?shù)牧ν苿?，物塊
3、才可能運動，而小于這一角度，無論用多大的力都不可能推動它。當物體與支持面之間粗糙，一旦存在相對運動趨勢，就會受靜摩擦力作用，設(shè)最大靜摩擦因數(shù)為μ，則最大靜摩擦力為。如圖（1b）中，水平面對物體的作用力（支持力與靜摩擦力的矢量和）與豎直方向的夾角a，滿足。a稱為摩擦角，無論支持力FN如何變，a保持不變，其大小僅由摩擦因數(shù)決定。Ｆ3Ｆ2Ｆ4ＦＦxＦyfＦNＦ′αθ圖（1b）物塊自鎖條件分析示意圖Ｆ1圖（1a）水平面上物塊受力示意圖現(xiàn)討論發(fā)生自鎖的條件。設(shè)用斜向下的推力F作用于物體，方向與豎直方向成θ時，如果滿
4、足，無論用多大的力也推不動物體。若重力mg的影響無關(guān)緊要，有，即，這是物體發(fā)生自鎖的條件。如果這一條件不滿足，即，則物體所受動力大于阻力，物體就會運動。二、在讓我們來分析斜面的自鎖條件如圖2所示，分析滑塊A在力Q的作用下不沿斜面下滑的條件。因為是滑塊下滑的力為sina，而阻止其下滑的最大阻力為極限摩擦力F=fQcosa，故當Qsina≤fQcosa，即沿運動方向的驅(qū)動力小于或等于極限摩擦力時，則滑塊將不發(fā)生運動，如增大力Q，由于不等式兩邊同時增加，故不管力多大，滑塊都不能發(fā)生運動，即能夠自鎖。aaNAQF
5、則我們得出斜面自鎖的條件：斜面傾角小于或等于摩擦角，從圖中可以看出，也就是力Q與斜面法線的夾角小于或等于摩擦角。通過以上分析可知，當作用于物體上全部主動力的合力的作用線在摩擦角之內(nèi)時，不論該力圖（2）斜面自鎖示意圖多大，物塊都不會滑動，這種現(xiàn)象稱為摩擦自鎖。3、自鎖現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用自鎖現(xiàn)象在力學中應(yīng)用極其廣泛，在生活、生產(chǎn)中也隨處可見，比如，有時候停電了，去外面我們有時可以看到維修電力的工人需要爬上電線桿，而登高對人來說是很困難的，所以他們腳上都會穿上特制的設(shè)備，這個設(shè)備就是根據(jù)自鎖制造的“登高腳扣”（
6、圖3）,它的發(fā)明方便了人們的工作生活。一般腳扣是一對用機械強度較大的金屬材制作，用于承受人體重量。腳扣彎成略大于半圓形的彎扣，確?？圩‰娋€桿，保證足夠的接觸面。內(nèi)側(cè)面附有摩擦因數(shù)較大的材料，扣的一端安裝腳踏板。使用時，彎扣卡住電桿，當一側(cè)著力向下踩時，形成兩側(cè)向里的擠壓，接觸面產(chǎn)生向上的摩擦力，且向下踩的力越大，壓力也越大，滿足自鎖條件，因而不會沿桿滑下。只需兩腳交替上抬就可爬上電線桿。（圖3登高腳扣）還有一種應(yīng)用自鎖原理的設(shè)備我們也很熟悉，這個東西在汽車修理店我們會經(jīng)?？吹剑蔷褪羌芷鹌嚂r用到的“千斤
7、頂”（圖4），千斤頂又稱機械式千斤頂，是由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。普通螺旋千斤頂靠螺紋自鎖作用支持重物，構(gòu)造簡單，推動手柄，使絲桿的螺紋沿著底座螺紋槽慢慢旋進而頂起重物。并在頂起重物后，重物和絲桿能保持狀態(tài)，停在任何位置不自動下降。即達到自鎖狀態(tài)。只要螺紋升角滿足絲桿材料與底座材料之間的自鎖條件，在材料強度的允許范圍內(nèi)，無論多種的物體它都能舉起。圖4（螺旋千斤頂）圖5是管鉗，有時候家中的水管堵塞了，我們會叫來水工，他們就會拿出隨身帶的工具，最常見的就是這種管鉗，這個是水工作業(yè)的常用工
8、具，其原理也是自鎖原理，鉗口部分里外的寬度稍有不同，外部稍寬，固定柄架與活動桿橫向保留一定間隙。當鉗口卡住管子時，用力扳手柄會使鉗口和管之間的擠壓更緊，使鉗口與管形成自鎖。從而擰動水管，達到其應(yīng)有的作用。（圖5管鉗）4、結(jié)論自鎖現(xiàn)象是力學中的特殊現(xiàn)象，在我們的生活中被廣泛應(yīng)用，從而我得出以下結(jié)論：自鎖現(xiàn)象有利也有弊，有時需要自鎖，有時卻需要避免自鎖，所以我們研究后知道，只有破壞自鎖條件才能避免自鎖，通過這次對自鎖現(xiàn)象的分析，明
