自锁现象的原理、应用与避免#特选借鉴

1、中国地质大学工作主题理论力学论文课名理论力学任课教师万珍珠学号20141002513名字叫王庆涛学院数学和物理学院专业数学和应用数学自锁现象的原理、应用和避免摘要：自锁现象是力学特有的现象，满足自锁条件后，外力越大，物体静止的能力越强，该现象广泛存在于生产和生活中，并根据自锁原理开发出大量工具。 在教育中发掘生活中生动的例子，有助于培养学生学习物理学的爱好。力学中有一种被称为“自锁现象”的现象，利用自锁现象的力学原理开发出各种机械工具，广泛应用于工业农业生产，日常生活中也随处可见利用该原理的现象。关键字：自锁一、自锁现象1 .什么是自锁现象F1F4图1F2F3系列一个物体以静摩擦力静止，用外力

2、使该物体移动的话，外力越大，物体就越强，难以移动，即最大静摩擦力的保护力越强的现象被称为自锁现象。 产生自锁现象的原因是，在满足自锁条件的情况下，最大静摩擦力随外力的增大而成比例地增大。 12 .几种简单的自锁现象(1)水平面上的自拍现象f.fFxFyf.fFNf图2如图1所示，重力g的物体放置在粗糙的水平面上，当用如F1的适当大小的水平外力按压时，总是运动。 但是，如果用垂直向下的力(F2等)按下，则不动。 即使向F2的方向旋转小角度(F3等)，也不一定以大的力进行运动。 只有力的方向和垂直方向的角度超过某个角度值(例如F4 )时，才能用适当的力按下。 小于这个角度的话，什么力都不能按。 这

3、种现象被称为静力学中的“自锁现象”。 这是因为，施力的水平分力增大，且正方向下的压力也成比例地增大。 2前者对物体有运动倾向，后者提供最大静摩擦的条件保障。只有满足什么样的条件才能发生自锁现象呢？ 在这里首先理解“摩擦角”的概念。物体和支撑面之间粗糙，有相对运动倾向时作用于静摩擦力，最大静摩擦系数为(中学时不要求最大静摩擦系数和动摩擦系数的差异)时，最大静摩擦力为fM=FN。 如图2所示，满足水平面对物体的力f(支撑力和静止摩擦力的矢量和)与垂直方向所成的角。 称为摩擦角，无论支撑力FN如何变化，都不变化，其大小仅由摩擦系数决定。对自锁条件的发生进行研究。 以斜向下的推力f作用于物体，方向和垂

4、直方向成为时，如果满足的话，无论多大的力都不能推动动物体。 此时，重力mg的影响并不重要，即，物体被自拍的条件。 如果不满足该条件，即，物体受到的动力比阻力大，物体不运动。(2)垂直面上的自锁现象F1F2图3如图3所示，靠近垂直墙壁的物体在适当的大外力下静止。 外力大于重力时可以忽略，但无论是斜向上的力还是斜向下的力，自锁发生的条件都与水平面的情况相同。 相反，如果用与垂直壁的角度表示，临界角0可以表现为0=arctan。(3)斜面上的自锁现象如图(2.4.3)的斜面，与水平面不同的只有保证物体静止的最小力条件。 在通过倾斜向上的力维持物体的平衡的情况下，不需要满足自锁条件，若通过倾斜向下的力

5、来平衡物体，则必定会产生满足自锁条件的情况。 在生产、生活中经常发生垂直方向的自锁现象。对于粗糙斜面上的物体，如果以适当的角度施加力，也会发生自锁现象。 它位于水平面和垂直面之间。乙级联赛甲组联赛甲组联赛乙级联赛mn图53 .自锁机械及其原理应用的2例如图5所示，一台轧机的两个车轮的直径为d=50cm。 向相反方向旋转，辊间的距离为a=0.5cm。 如果滚子和热钢板间的动摩擦系数=0.1。 求钢板进入滚子前的厚度b。根据问题可以理解，应该轧制的热轧钢板应该在辊摩擦力的作用下向右运动，通过辊，轧制厚钢板后制成薄板材。乙级联赛甲组联赛甲组联赛f.fFNf.f0图6PS联邦航空公司解决本问题并不困难

6、，只要钢板能从最初的位置插入两轮之间，就能把板向右移动。 开始位置由板的原始厚度b、两轮间距离a和摩擦系数决定。解：设右为x方向，其馀各量必须如图6所示满足，即(越小，也就是说b越小越容易满足)。图7gf.fF1F2FN足球俱乐部(c )(a )(b )从自锁原理的角度认识到这个问题的话，辊和钢板之间没有滑动被认为是自锁现象。 图中的f是轮作用在板上的合力，对应的摩擦角为0，因此可以从式中得到，上下向右偏移满足f，即板被推出向右移动，否则板就不能吃。 f垂直向下是临界条件。 3如图7(a )所示，将两根短棒构成的自锁式起重机吊钩放入吊着的空的罐中，隔开一定的角度压在罐壁上，其内部构造如图(b

7、)所示。 绳索等速拉起时，两杆越推罐壁越强，摩擦力越大，就越能抬起重物，罐越重，短杆供给的压力越大，称为“自锁机构”。 设罐的重力为g，与短条垂直方向的角度为=60，吊起该重物时，求出短条对罐壁的压力(与短条的质量无关)。本问题的解决过程是基于力量的平衡。 如图(c )所示，垂直向上吊绳的拉伸力F=G由于=60，成为两倾斜短杆方向的分力短杆对罐壁的作用力能够分解为对壁的压力FN和垂直向上的静止摩擦力Ff的双曲正切值。本例中的“自锁机构”是一种实用的机械工具。 根据分析，挂钩抬起重物时，越不产生相对滑动，就有越大的倾向，越大，FN越大，即所谓的推越大，因此能够提供的最大静摩擦力变大，重物越难滑动

8、。 理论上，如果满足顶杆和垂直方向的角度、短杆和接触面之间的摩擦角的关系，就不会发生自锁，挂钩不会脱落。 42 .自锁原理在生活、生产中的应用(1)高足按钮在实际生活的工作中，有必要提高电气产业的工人爬上电线杆一样高的地位。 登高杆对人来说很难。 人们巧妙地应用自锁原理发明了高脚扣，它的发明便利了人们的工作生活。一般的脚按钮是用机械强度大的金属材料制成的，用于承受人体的重量。 脚的固定件比半圆形的固定件稍大弯曲，固定在电线杆上，确保充分的接触面。 内侧面附有摩擦系数大的材料，按钮的一端安装着踏板。 使用时，如果扭转操纵杆，用一个力踩下的话，两侧被向内推，接触面上产生向上的摩擦力，另外，踩下的力

9、越大，压力也越大，因为满足自锁条件，所以不会沿着操纵杆滑动”9。 只要交替抬起双脚就能爬上电线杆。劈成两半具有构成尖锐角度的两个平面形状的硬物体被称为楔或尖头。 斜面类的简单机器。 二成尖锐角度的平面叫割面，割的前端叫割刃，宽幅端叫割背。在我国周口店的北京人遗迹中发现的双面石器，距今约4050万年，新石器时代的石斧、石枪、商周时代的青铜器和武器等说明，尖割是人类第一项发明中被广泛使用的简单工具。尖的部分可以用来紧固东西。 锐利的锐角足够小的话，就能嵌入树的缝隙和墙壁的缝隙。 这是摩擦力的作用，切口静止在木缝和墙缝中，被称为摩擦自锁”10。 像木器家具一样横向打入木楔，应用先割摩擦自锁的原理。三

10、矩形螺丝副作为螺丝副的螺母，在和人们的生活中，任何机器都或多或少地存在着螺母。 因为自锁螺母能做得更好，接下来分析螺母自锁的条件。 把螺母做成矩形。 为了便于分析，假设作用在螺母上的轴向载荷f集中作用在中径圆上的点上。 对螺母施加水平力Ft使螺母克服负荷f旋转的话，看起来就像是被水平力Ft推压，滑块沿着螺纹的螺纹斜面等速旋转。 如果沿中径展开螺钉，就相当于滑块沿着斜面等速向上滑动，斜面倾斜角称为螺纹升角13。 作用于螺母的力用外负荷f、水平力Ft、螺纹斜面法线反作用力n和摩擦力mNFm=(为摩擦系数)、法向反作用力n和摩擦力Fm的合力r用螺纹对螺母的总反作用力、r和n所成的角用摩擦角、表示。 施加在螺母上的力如图5(3-4-2)3 .自锁的不利方面和避免四、总结可以说自锁现象在我们生活中无处不在。 起着很棒的作用。 我们经常使用的比例，千斤顶、塑料瓶等处适用了自锁。 但是同时，他也有一定的危害，我们需要创造条件避免不必要的自锁。5 .参考文献1漆安慎、杜娄英。 编着力学(第二版) M .北京：高等教育出版社，2008:1-212曾田范宗