生活中的自锁现象及其意义

1、生活中的自锁现象及其意义摘要：力学中有一类现象，当物体的某一物理量满足一定条件时，无论施以多大的力都不可能让它与另一个物体之间发生相对运动，物理上称这种现象为 “自锁”。生活中存在大量的自锁现象，例如维修汽车时所用的千斤顶就是根据 自锁原理设计的，但首先我们必须先研究其发生的条件， 然后根据不同需要来运 用自锁原理，自锁现象是力学中的一种特有现象，当自锁条件满足时，外力越大， 物体保持静止的能力越强，不论该力多大，物块都不会滑动。关键字：自锁现象、自锁条件、摩擦角、应用1、引言生活中很多的技术都运用到了自锁，但自锁有利也有弊，必须了解发 生自锁或不自锁的条件，以便利用自锁，所以需要通过研究自锁

2、的原理来 应用在生活中。自锁的定义：仅在驱动力或驱动力矩作用下，由于摩擦使机构 不能产生运动的现象。2、自锁现象产生条件一、首先让我们了解一下水平面上的自锁现象如图（1a）,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 力Fi推它时，物块总会运动。但当用竖直向下的力 F2去推，物块则不会运动。 既使F2的方向旋转一个小角度变成F3来推，物块也不一定会运动。只有当力的 方向与竖直方向的夹角超过一定角度变成 F4时，用适当的力推动，物块才可能 运动，而小于这一角度，无论用多大的力都不可能推动它。当物体与支持面之间粗糙，一旦存在相对运动趋势，就会受静摩擦力作用，设最大静摩擦因数为祖,则最大

3、静摩擦力为fM =NFn。如图（1b）中，水平面 对物体的作用力，（支持力与静摩擦力的矢量和）与竖直方向的夹角 a,满足 tan尊=% =卜。a称为摩擦角，无论支持力Fn如何变，a保持不变，其大小仅 F N由摩擦因数决定图（1a）水平面上物块受力示意图图（1b）物块自锁条件分析示意图现讨论发生自锁的条件。设用斜向下的推力F作用于物体，方向与竖直方向成8时，如果满足F sin 0 ,则物体所受动力大于阻力，物体就会运 动。二、在让我们来分析斜面的自锁条件如图2所示，分析滑块A在力Q的作用下不沿斜面下滑的条件。因为是滑块下滑 的力为sin a ,而阻止其下滑的最大阻力为极限摩擦力 F=fQcos

4、a ,故当Qsin a fQcos a ,即沿运动方向的驱动力小于或等于极限摩擦力时，则滑块将不发生运动，如增大力Q由于不等式两边同时增加，故不管力多大，滑块都不能发生运动，即 能够自锁。图（2）斜面自锁示意图则我们得出斜面自锁的条件：斜面倾角小于或等于摩擦角，从图中可以看出，也就是力 Q与 斜面法线的夹角小于或等于摩擦角。通过以上分 析可知，当作用于物体上全部主动力的合力的作 用线在摩擦角之内时，不论该力多大，物块都不会 滑动，这种现象称为摩擦自锁。3、自锁现象在生活中的应用自锁现象在力学中应用极其广泛，在生活、生产中也随处可见，比如，有时 候停电了，去外面我们有时可以看到维修电力的工人需要

5、爬上电线杆，而登高对人来说是很困难的，所以他们脚上都会穿上特制的设备， 这个设备就是根据自锁 制造的“登高脚扣”（图3）,它的发明方便了人们的工作生活。一般脚扣是一对用机械强度较大的金属材制作，用于承受人体重量。脚扣弯 成略大于半圆形的弯扣，确保扣住电线杆，保证足够的接触面。内侧面附有摩擦 因数较大的材料，扣的一端安装脚踏板。使用时，弯扣卡住电杆，当一侧着力向 下踩时，形成两侧向里的挤压，接触面产生向上的摩擦力，且向下踩的力越大， 压力也越大，满足自锁条件，因而不会沿杆滑下。只需两脚交替上抬就可爬上电 线杆。（图3登高脚扣）还有一种应用自锁原理的设备我们也很熟悉， 这个东西在汽车修理店我们会

6、经常看到，那就是架起汽车时用到的“千斤顶”（图4）,千斤顶又称机械式千斤 顶，是由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠 螺纹自锁作用支持重物，构造简单，推动手柄，使丝杆的螺纹沿着底座螺纹槽慢 慢旋进而顶起重物。并在顶起重物后，重物和丝杆能保持状态，停在任何位置不 自动下降。即达到自锁状态。在材料强度的允许只要螺纹开角满足丝杆材料与底座材料之间的自锁条件， 范围内，无论多种的物体它都能举起图4 1螺旋千斤顶图5是管钳，有时候家中的水管堵塞了，我们会叫来水工，他们就会拿出随 身带的工具，最常见的就是这种管钳，这个是水工作业的常用工具，其原理也是 自锁原理，钳口部分里外的宽度稍有不同，外部稍宽，固定柄架与活动杆横向保 留一定间隙。当钳口卡住管子时，用力扳手柄会使钳口和管之间的挤压更紧， 使 钳口与管形成自锁。从而拧动水管，达到其应有的作用。（图5管钳）4、结论自锁现象是力学中的特殊现象，在我们的生活中被广泛应用，从而我得出以 下结论：自锁现象有利也有弊，有时需要自锁，有时却需要避免自锁，所以我们研究 后知道，只有破坏自锁条件才能避免自锁， 通过这次对自锁现象的分析，明白只 有我们熟悉自锁的原理，才能在今后的生活应用中正确的运用。参考文献：11工程力学教程 西南交通大学应用力学与工程系 高等