力学中的自锁现象及应用
自锁应用的力学原理
自锁应用的力学原理1. 引言自锁是一种常见的力学原理，它在各种机械和工程领域中得到广泛的应用。
自锁能够使系统保持在某个稳定状态，避免意外的移动或松动。
本文将介绍自锁的力学原理及其在实际应用中的作用和效果。
2. 自锁的定义自锁是指在一个力学系统中，由于其构造形式或特定设计，使得系统在给定加载条件下保持稳定位置的能力。
当外部力或负载作用于系统时，自锁能够防止系统发生意外移动或松动。
3. 自锁的力学原理自锁的力学原理主要依赖于以下两个关键因素：3.1 摩擦自锁实现的基本原理是通过增加摩擦力来防止系统的滑动或松动。
通常，系统中的零件之间存在一定的摩擦力，这种摩擦力可以抵消外部作用于系统的力或负载，从而保持系统的稳定状态。
3.2 斜面设计自锁的另一个重要原理是利用斜面的设计。
当斜面与加载力或负载方向相反时，斜面的形状可以增加摩擦力，进一步防止系统的滑动或松动。
斜面的角度和形状可以根据具体应用需求进行优化设计。
4. 自锁的实际应用自锁的力学原理在许多机械和工程领域中得到广泛应用。
下面列举几个常见的自锁应用实例：4.1 自行车制动器自行车制动器通常采用摩擦片与车轮接触产生摩擦力的原理实现自锁。
当骑车者踩下刹车时，制动器会夹紧车轮，通过摩擦力使车轮停止转动，防止车辆滑动或松动。
4.2 螺纹连接螺纹连接是一种常见的自锁应用。
螺纹的设计可以使连接处产生较大的摩擦力，从而防止连接松动或解螺。
这种连接方式在各种机械设备和工程结构中广泛应用。
4.3 家具组装家具组装中常常使用自锁连接件。
这些连接件通常采用插槽和凸起的设计，当连接件插入时，由于凸起与插槽之间的摩擦力，连接件会保持稳定位置，不易松动。
4.4 安全带扣具汽车安全带扣具采用了自锁机制。
当安全带扣具插入座椅锁扣时，由于设计上的摩擦力，安全带会保持固定状态，防止不必要的滑动。
5. 自锁的优势和效果自锁的应用能够带来许多优势和效果，包括：5.1 稳定性自锁的机制使得系统在给定加载条件下保持稳定状态，不容易发生意外的移动或松动。
力学中的自锁现象及应用
力学中的自锁现象及应用摘要自锁现象是力学中的特殊现象，在生活和工业生产当中应用广泛，论文对力学自锁现象的定义、产生原因及生活工程中的实际应用进行了总结和研究，了解了自锁现象产生的机理和生活中常见自锁现象的实质，明确了自锁现象是高技术机械的基础利用自锁原理可以设计一些机巧的机械、自锁现象有利有弊，破坏了自锁条件即可解除不需要的自锁及利用自锁原理设计的机械能够解决很多实际问题。
通过对力学自锁现象的研究和应用分析，深入的了解力学中的自锁现象，为自锁现象更为广泛的应用于实际打下理论基础。
关键词: 自锁现象；自锁条件；自锁应用1 引言力学是物理学的一个分支。
它记述和研究人类从自然现象和生产活动中认识及应用物体机械规律的历史。
我国古代春秋时期墨翟及其弟子的著作《墨经》(公元前4~公元前3世纪) 中，就有涉及力的概念，对杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度都有叙述。
东汉《尚书纬·考灵曜》、《论衡》等古籍中也零星有力学知识记载。
宋代李诫在《营造法式》中指出梁截面高与宽之比以3:2为好。
沈括则在《梦溪笔谈》记载了频率为1:2的琴弦共振，既固体弹性波的空腔效应等力学知识。
可看出作者谓造诣高深。
另一方面：秦代李冰父子在四川岷江，领导人民建造的惠及今人的世界级水利工程，都江堰。
约建于591~599年的赵州桥，跨度37.4米，采用拱券高只有7米的浅拱；1056年建成的山西应县木塔，采用筒式结构和各种斗拱，900多年来经受过多次地震的考验。
汉代张衡创造了复杂精密的浑天仪和地动仪；三国时的马钧创造了指南车和离心抛石机]1[。
从中可看出中国先人对力学的认识是深刻，对力学的运用是充满令人敬佩的智慧的。
在近代和现代，力学随着研究内容的深入和研究领域的扩大逐渐形成各个分支，近年来又出现了跨分支、跨学科综合研究的趋势。
周培源有言：力学不独在物理学中占极重要的地位，并且对于天文学及各种工程学皆有极大的贡献。
天文学中的天体力学，即解释各行星围绕太阳运动的学问，是一种根据于力学各定律的计算，它的理论结果和天文测量甚为吻合。
机械自锁现象的原理与应用
机械自锁现象的原理与应用1. 什么是机械自锁现象机械自锁现象是指在机械系统中，由于一些特殊的结构和力学原理导致的一种现象，当外部施加的力或扭矩在一定范围内时，系统会自动产生一个内部反作用力或扭矩，使得系统处于锁定状态，不会发生进一步运动或变形。
2. 机械自锁现象的原理机械自锁现象的原理主要涉及以下几个方面：2.1 摩擦力和力矩平衡在机械系统中，当存在摩擦力作用时，可以通过调节摩擦系数或施加外部力矩来实现力矩平衡，从而使得系统处于自锁状态。
摩擦力能够抵消外部施加的力或扭矩，使得系统不发生进一步运动。
2.2 可逆装置机械系统中常常运用可逆装置来实现自锁现象。
可逆装置在一定条件下能够使得机械系统处于自锁状态，同时能够在需要时解锁。
这种装置通常包括螺纹、齿轮、滑块等机械结构。
2.3 惯性力和离心力在一些旋转系统中，惯性力和离心力的作用能够导致机械系统产生自锁现象。
当旋转速度或角速度达到一定阈值时，惯性力和离心力会产生一个反向的力矩，使得系统处于自锁状态。
3. 机械自锁的应用机械自锁现象在工程领域中有着广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：3.1 螺纹连接螺纹连接是一种常见的机械自锁应用，它通过螺纹结构的设计，使得螺纹连接处产生摩擦力，从而使得连接处不会松动或者自动松开。
螺纹连接广泛应用于机械设备的组装中，如螺栓连接、螺母连接等。
3.2 斜轮离合器斜轮离合器是一种利用摩擦力实现自锁的装置，广泛应用于机械传动系统中。
斜轮离合器通过改变轮齿的接触角度，使得系统在正常工作状态下保持自锁，并能够在需要时实现解锁。
3.3 离合器离合器是一种常见的机械自锁装置，它通过摩擦力的调节达到自锁的效果。
离合器广泛应用于汽车、机械设备等领域，在车辆行驶和机械传动过程中起到自锁的作用。
3.4 倒车挡倒车挡是一种实现自锁的机械装置，在汽车变速器中经常使用。
倒车挡通过齿轮系的设计，使得车辆在倒车状态下能够保持自锁，避免发生滑行或自动换挡等情况。
自锁现象及其应用
自锁现象及其应用赵轩中国地质大学（武汉）工程学院摘要：在力学中有这样一类现象，当物体的某一物理量满足一定的条件时,无论施加多大的力，都不可能让它与另一物体之间发生相对运动，我们将这一现象称为“自锁”。
而在工程实际中，经常会见到“卡住”现象的发生，例如维修汽车时所用的千斤顶,但有时需要防止“卡住”现象的发生，如在使用变速器时，若发生“自锁”，则变速器就不能正常工作。
我们必须先将“自锁”的原理搞清楚，才能将其更好地运用到生活中去。
关键字：自锁现象;自锁条件;摩擦角；应用1。
自锁现象1.1自锁现象的定义物体受静摩擦力作用而静止,当用外力试图使这个物体发生运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易发生运动,即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁现象。
1.2几种简单自锁现象（1）水平面内的自锁现象如图1，重力为G的物体，放置在粗糙的水平面上，用适当大小的水平外力推它时，总可以使它动起来.但当用竖直向下的外力去推它，物体则不会发生运动.即使的方向旋转一个小角度变成来推，物体也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过一定角度变成时，用适当的力推动，物体才可能运动，而小于这一角度时，无论用多大的力都不可能推动它。
图1（2)竖直面内的自锁现象如图2，重力为G的物快紧靠在竖直粗糙的墙壁上,在适当大的外力作用下，可以保持静止。
当外力大到重力可以忽略不计时，无论用斜向上的力，还是用斜向下的力作用于物快上时，物体都将会保持静止.与水平面不同的是，竖直面保证物体静止的最小力的条件有所不同。
当用斜向上的力维持物体平衡时,不一定满足自锁条件，而若用斜向下的力使物体平衡,一定满足自锁条件，否则不可能处于平衡。
图2（3）斜面内的自锁现象对于粗糙斜面上的物体，沿适当的角度施加适当大小的力也会出现自锁现象。
这种情况介于水平面和竖直面两种类型之间，这里不做赘述.1。
3自锁发生的条件（1）摩擦角以水平面内处于平衡的物体进行分析，当有摩擦时,支撑面对平衡物体的约束反力包含两个分量：法向分量和切向分量（即静摩擦力）.这两个分量的合力称为支撑面的全约束反力，简称全反力，它的作用线与接触面的公法线成一偏角α,。
自锁现象力学的简单应用
自锁需满足的条件
• （一）斜面上的自锁： • 如右图，一倾角为a，滑动摩擦因数为u
的斜面上一滑块，受竖直力f作用而始终 保持静止，求u应满足的条件。 • • 由u*(mg+f)cosa≧(mg+f)sina 得：
u≧tana
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 第一季度 第三季度 东部 西部 北部
• （二）竖直面上的自锁：
• 如右图，一滑动摩擦因数为u的竖直 墙面上有一滑块，受与竖直方向夹角 为a的力f作用而始终保持静止，求u应 满足的条件。 由 u*f*cosa≧f*sina+mg 得：
u≧
（f*sina+mg）/ （f*cosa）
当f>>mg时，有：
u≧tana
自锁原理的应用
• 自锁原理在现实生活中有不少应用，先简 单介绍几种： 1.起重机： 如右图，是一种依靠自锁原理工作的起重 装置（a）及其内部结构示意图。 当吊起桶状重物时，重物越重，则Ɵ越大， 两短杆对桶内壁的压力越大，导致杆对桶 向上的摩擦力变大。理论上，只要最终 Ɵ>90°，就能将重物顺利吊起。
• 4.自锁螺母： 自锁原理在现实生活中还有一个很重要 的应用：自锁螺母。自锁螺母不会由于震 动等原因自行松脱，具有防松，抗振等特 点，用于特殊场合。 想要了解更多关于自锁螺母的理论力学模型， 请登陆： /Baike/Baike-72.htm
THE END.
自锁需满足的条件102030405060708090第一季度第三季度东部西部北部如右图一倾角为a滑动摩擦因数为u的斜面上一滑块受竖直力f作用而始终保持静止求u应满足的条而静止，当用某 外力试图使这个物体运动时，外力越大， 物体被挤压的越紧，越不容易运动，这种 现象叫自锁现象。
工程力学第2节 摩擦角和自锁现象
由图得
Fmax tan f fs FN
结论
f arctan fs
• 摩擦角的正切等于静摩擦因数。 因此，摩擦角f 与摩擦因数 fs 一 样都是表示材料表面性质的量。 • 摩擦锥：设作用于物块的主动力 等于最大静摩擦力，则约束全反 力 FRA 的作用线将画出一个以接 触点 A 为顶点的锥面，此锥面称 为摩擦锥。
fs tanf tan
Hale Waihona Puke 螺纹的自锁条件f???静摩擦因数的测定??tantanfs??f利用摩擦角的概念还可进行静摩擦因数测定如图所示把要测定的两种材料分别做成斜面和物块把物块放在斜面上从从0??起逐渐增大斜面的倾角直到当物块刚开始下滑时为止此时的角就是要测定的摩擦角
一、摩擦角 • 当有摩擦时，支承面对平衡物体 的约束力包含法向约束力 FN 和 切向约束力 Fs（即静摩擦力）， 这两个力的合力 FRA ( FN Fs ) 称为支承面的全约束力，其作用 线与接触面的公法线成偏角 ， 如图 a 所示。当物体处于平衡的 临界状态时，静摩擦力为最大静 摩擦力，偏角 也达到最大值， 如图b所示。全约束力与法线间 夹角的最大值 f 称为摩擦角。
工程实际中常应用自锁条件设计一些机构和夹具 使它自动“卡住”，如千斤顶、压榨机、圆锥销等。
螺纹的自锁条件
f
静摩擦因数的测定 利用摩擦角的概念还 可进行静摩擦因数测定， 如图所示，把要测定的两 种材料分别做成斜面和物 块，把物块放在斜面上， 从0起逐渐增大斜面的倾 角，直到当物块刚开始下 滑时为止，此时的角就是 要测定的摩擦角f 。这是 由于当物块处于临界状态 f 。 时，FP FRA ， 静摩擦因数为
二、自锁现象 物块平衡时，静摩擦力与切向合 0 Fs Fmax ，所以全约 外力平衡， 束反力与法线间的夹角 满足
自锁现象的原理、应用与避免
中国地质大学（武汉）作业题目理论力学论文课程名称理论力学任课教师万珍珠学号 20141002513 姓名王庆涛学院数学与物理学院专业数学与应用数学自锁现象的原理、应用及避免摘要：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，这种现象在生产和生活中广泛存在，并根据自锁原理开发了大量的工具器械。
教学中要注意挖掘生活中鲜活的例子，有助于培养学生学习物理的兴趣。
力学中有一类现象称为“自锁现象”，利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具，广泛应用于工农业生产中，在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。
关键字：自锁 一、自锁（定）现象 1．什么是自锁现象一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁（定）现象。
出现自锁现象的原因是，自锁条件满足时，最大静摩擦力会随外力的增大而同比例增大。
[1]2．几种简单的自锁现象 （１）水平面上的自锁现象如图1，重力为G 的物体，放置在粗糙的水平面上，当用适当大小的水平外力（如F1）推它时，总可以使它动起来。
但当用竖直向下的力去推（如F 2），显然它不会动。
即使F2的方向旋转一个小角度（如F 3），就算用再大的力它也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时（如F 4），才可能用适当的力将它推动，而小于这一角度，无论用多大的力都不可能推动它。
这一现象称为静力学中的“自锁现象”。
这是因为所施力的水平分力在增大的同时，正向下的压力也同比例的增大。
[2]前者引起物体有运动趋势，后者提供最大静摩擦的条件保障。
满足什么条件才会发生自锁现象呢？这里先了解“摩擦角”概念。
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μ（中学不要求最大静摩擦因数跟动摩擦因数的区别），则最大静摩擦力为f M ＝μF N 。
自锁运行的观察
自锁运行的观察自锁运行是指一个系统在其中一种条件下自身发生运行的现象。
在物理学中，自锁是指一个物体在受到外力作用后，由于自身结构或自身特征而使其停滞不动的现象。
自锁现象在生活中十分常见。
例如，当我们将门锁上后，再给门稍微用力推，门会立即停下来，不会继续打开。
这是因为门锁具有一个机械装置，当门关闭后，该装置会自动扣住门把手轴，使得门无法被轻易打开。
另一个例子是自行车的刹车系统。
当我们踏上刹车踏板时，刹车系统会自动将刹车钳夹紧刹车盘，制动车轮的转动，使车辆停下来。
在工程领域，自锁现象也得到了广泛应用。
例如，在机械传动系统中，常常使用螺纹结构来实现自锁功能。
螺纹装置在受到外力作用后，由于摩擦力的存在，使得螺纹结构自动锁定，防止系统发生松动或错位。
这在汽车发动机的气门机构中尤为重要，因为气门机构必须保持正常的工作状态，以确保引擎的正常运转。
除了物体本身的结构特征外，自锁还可以通过控制系统来实现。
例如，在电子设备的开关电源中，通常会采用反馈控制系统，以保护电路免受过压、过流等故障的影响。
当电流或电压超过设定值时，反馈控制系统会自动切断电源，从而保护电路免受损坏。
自锁现象的观察十分重要，因为它对于系统的稳定运行和安全性具有重要意义。
通过观察自锁现象，我们可以了解系统的工作原理和性能，及时发现问题并采取相应的措施，以确保系统的正常运行。
同时，观察自锁现象也有助于我们改进设计和制造工艺。
通过研究自锁现象发生的原因和机制，我们可以提高系统的可靠性和稳定性，减少故障的发生，提高系统的效率和性能。
总之，自锁运行的观察是一项重要的研究工作，它对于理解和改进系统的运行机制具有重要的意义。
通过对自锁现象的观察和研究，我们可以提高系统的可靠性和安全性，为人类的科技进步和生活带来更多的便利。
生活中的自锁现象及其意义
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F 1推它时，物块总会运动。
但当用竖直向下的力F 2去推，物块则不会运动。
既使F 2的方向旋转一个小角度变成F 3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F 4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μ，则最大静摩擦力为N M F f μ=。
如图（1b ）中，水平面对物体的作用力F '（支持力与静摩擦力的矢量和）与竖直方向的夹角a ，满足μα==N F f tan 。
a 称为摩擦角，无论支持力F N 如何变，a 保持不变，其大小仅由摩擦因数决定。
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θ时，如果满足)cos (sin mg F F +≤θμθ，无论用多大的力也推不动物体。
若重力mg 的影响无关紧要，有αμθtan tan =≤，即αθ≤，这是物体发生自锁的条件。
大学物理实验设计摩擦中的自锁现象分析
摩擦中的自锁现象[案例概述]自锁现象是力学中非常常见的现象，而其中摩擦自锁又是自锁现象中非常重要的一种。
对于与摩擦有关的问题，用摩擦角来解决都十分容易，因此利用摩擦角原理来设计夹具也是十分方便的。
工程实际中常应用自锁原理来设计一些机构或夹具，如斜楔夹具、螺旋夹具、千斤顶等，使它们始终在平衡状态下工作。
就千斤顶而言，它结构简单，但功效强大，当斯加一个很小的力却能举起很重的物体，而且在撤去外力时，仍能在原有位置保持平衡，不会下落。
它之所以能在原位置保持平衡，正是因为在千斤顶取得螺纹和螺杆之间存在摩擦，而摩擦的自锁现象使其能让重物固定在需要的高度上。
[相关物理学知识点]摩擦角，自锁现象，平衡条件，理论力学[相关物理学原理]1﹑自锁现象两个物体接触面之间存在着滑动摩擦，如把木块放在粗糙水平面上，当给木块一水平作用力时，桌面就会给木块一静摩擦力F ，阻碍木块的运动；水平力越大，F 也越大以保持木块平衡。
但是静摩擦力有个上限，当水平力大过某个值，木块将开始运动。
这个上限值称为最大静摩擦力，记为max F 。
由库仑定律max F N μ=。
当摩擦力达到最大静摩擦力时，全约束反力R(包括法向反力和摩擦力)和约束面法向的夹角称为摩擦角，记为m θ；以约束面法向为中心轴，以2mθ顶角的正圆锥叫作摩擦锥。
（如右图1）如意发现摩擦系数与摩擦角的关系是tan m μθ=。
当物体受到一个主动力时（如左图），设主动力P 与法向的夹角为φ，且方向指向接触点，法向约束反力大小为N ，摩擦力大小为F 。
约束限制了物体沿法向的运动，cos P N φ=,主动力沿切向分量满足下面关系max sin cos tan tan tan m P P N N F φφφφθ==≤=因此物体处于平衡状态。
上述结论说明，如果主动力作用线落在摩擦锥之内且方向指向接触点，则无论主动力有多大，都不能使物体运动。
这种现象就叫做自锁现象。
2﹑用自锁现象解释平衡位置的固定我截取一小段螺杆螺纹进行分析。
机械原理自锁现象的原理
机械原理自锁现象的原理
机械原理中的自锁现象是指在一些机械系统中，当某个部件达到一定位置或角度时，会自动阻止其他部件的运动，从而保持系统的状态稳定。
自锁现象的原理可以通过以下几个方面来解释：
1. 摩擦力的作用：当机械系统中存在摩擦力时，当某个部件达到一定位置或角度时，由于摩擦力的作用，会使其他部件受到阻力而停止运动。
例如，螺丝或螺母的螺纹结构可以提供摩擦力，当螺丝拧入螺母时，螺丝和螺母之间的摩擦力会使它们自动锁定。
2. 斜面原理的应用：在倾斜平面上，当物体向下移动时，斜面的角度可以使物体受到一个向上的反作用力，从而阻止物体继续下滑。
这种原理在一些自锁装置中得到应用，例如倾斜平面上的坡销。
3. 锁死装置的设计：有些机械系统中设计了锁死装置，通过一个可移动或可固定的机构，在某个位置或角度上锁定其他部件。
比如，一个有摆线门齿的机构可以在特定位置上锁定其他部件的运动。
总体来说，机械原理中的自锁现象是通过合理设计和利用力学原理，使得机械系统在特定位置或角度时自动锁定，从而实现系统的稳定状态。
自锁现象及其利弊解析
自锁现象及其利弊摘要：力学中有一类现象，由于摩擦力的作用，当物体与接触面的某些物理量满足相应的条件时，无论给物体施以多大的力，都无法使物体在接触面上发生相对滑动，这种现象在机械学上称为“自锁”。
自锁是一种特有现象，自锁条件满足时，外力越大，物体保持静止的能力越强。
关键字：自锁现象、自锁条件、摩擦角、利弊1、引言自锁是生活中常见的一种力学现象，例如：在修建盘山公路时会考使坡度满足一定的条件，从而保证当汽车熄火时不会从坡上下滑。
又如，当两根钢管间满足自锁条件时，便可以用更省力的办法进行取用，再如，坚劈可以因摩擦自锁静止在墙缝或木头缝中……然而自锁现象也会带来许多麻烦：用水平力无法推动放在一定坡度坡上的物体，以一定角度拖地时拖把无法运动等等。
因此只有认清其本质原理，才能跟好的利用它自锁的定义是：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、自锁现象一、水平面上的自锁现象要想了解自锁，先得介绍两个物理量：摩擦角与全反力。
如图1，摩擦角的几何意义是：当两接触面间的静摩擦力达到最大值时，静摩擦力f m 与支持面的支持力N 的合力R 与接触面法线间的夹角即为摩擦角。
则设最大静摩擦因数为μ，最大静摩擦力为f m ； 即有：tan φ= f m /N =μ如图2，设B 对A 的支持力为N ，B 对A 的摩擦力为f ， 则N 与f 的合力R 叫做B 对A 的全反力。
显然，当R 与法线的夹角α≤φ时，tan α≤tan φ,所以f ≤f m ，A,B 间不会发生相对滑动。
进而由图3可得:φ方向对A 物体施以力F ，则该力沿水平方向的分量为：F x = Fsin α= F y tan α上式中F y 为F 竖直方向上的分量，以表示B 对A 的支持力，因为N ≥F y ，则：F x = F y tan α＜ Ntan φ= f m图一 图二F F y 图三说明无论F多大，其水平方向上的分量F x始终小于最大静摩擦力f m，即无论F多大，均不能使A，B间发生相对滑动，故为自锁。
自锁现象的原理、应用与避免
中国地质大学（）作业题目理论力学论文课程名称理论力学任课教师万珍珠学号姓名王庆涛学院数学与物理学院专业数学与应用数学自锁现象的原理、应用及避免摘要：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，这种现象在生产和生活中广泛存在，并根据自锁原理开发了大量的工具器械。
教学中要注意挖掘生活中鲜活的例子，有助于培养学生学习物理的兴趣。
力学中有一类现象称为“自锁现象”，利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具，广泛应用于工农业生产中，在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。
关键字：自锁一、自锁（定）现象1．什么是自锁现象一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁（定）现象。
出现自锁现象的原因是，自锁条件满足时，最大静摩擦力会随外力的增大而同比例增大。
[1]2．几种简单的自锁现象（１）水平面上的自锁现象如图1，重力为G 的物体，放置在粗糙的水平面上，当用适当大小的水平外力（如F1）推它时，总可以使它动起来。
但当用竖直向下的力去推（如F 2），显然它不会动。
即使F2的方向旋转一个小角度（如F 3），就算用再大的力它也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时（如F 4），才可能用适当的力将它推动，而小于这一角度，无论用多大的力都不可能推动它。
这一现象称为静力学中的“自锁现象”。
这是因为所施力的水平分力在增大的同时，正向下的压力也同比例的增大。
[2]前者引起物体有运动趋势，后者提供最大静摩擦的条件保障。
满足什么条件才会发生自锁现象呢？这里先了解“摩擦角”概念。
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μ（中学不要求最大静摩擦因数跟动摩擦因数的区别），则最大静摩擦力为f M ＝μF N 。
如图2中，水平面对物体的作用力F ′（支持力与静摩擦力的矢量和）与竖直方向的夹角α，满足μα==NF f tan 。
摩擦-自锁现象
全约束力
摩擦象的应用
自锁现象不仅在理论力学的研究中应用广泛，而且在生产 生活中随处可见。比如登山脚扣，螺母，管钳和旧式腰带 等均应用广泛。 我们以登山脚扣为例进行简单分 析。登山脚扣受力主要有重力， 摩擦力和支持力三个。为了确保 每个不同体重的工人或者游客均 能保持安全。那么其中便蕴含着 一些自锁现象的原理。 随着不同体重的人踩在踏板上， 电线杆对其的支持力也会更大， 那么摩擦力亦会增大，从而形成 自锁现象。 总之便是，达到平衡后，摩擦力 总会小于最大静摩擦力！！！具 体可参考文献[1]。
例题
物块重P，一力F作用在摩擦角之外（方向朝左下 方），如图（a)所示，已知ε=25°，摩擦角б =20°， F=P。问物块动不动？为什么？
原因：此题虽然力的角度大于摩擦角，但是由于考虑重力， 导致支持力偏大，那么摩擦力自然较大，姑未滑动。
参考文献
[1] 李士明 冼冀 陈一萍，《脚扣的登杆受力自锁现象的分析及其改进》，广 东 茂名：广东电网有限责任公司茂名供电局，2018；
力学中的自锁现象及应用
力学中的自锁现象及应用摘要自锁现象是力学中的特殊现象，在生活和工业生产当中应用广泛，论文对力学自锁现象的定义、产生原因及生活工程中的实际应用进行了总结和研究，了解了自锁现象产生的机理和生活中常见自锁现象的实质，明确了自锁现象是高技术机械的基础利用自锁原理可以设计一些机巧的机械、自锁现象有利有弊，破坏了自锁条件即可解除不需要的自锁及利用自锁原理设计的机械能够解决很多实际问题。
通过对力学自锁现象的研究和应用分析，深入的了解力学中的自锁现象，为自锁现象更为广泛的应用于实际打下理论基础。
关键词: 自锁现象；自锁条件；自锁应用1 引言力学是物理学的一个分支。
它记述和研究人类从自然现象和生产活动中认识及应用物体机械规律的历史。
我国古代春秋时期墨翟及其弟子的著作《墨经》(公元前4~公元前3世纪) 中，就有涉及力的概念，对杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度都有叙述。
东汉《尚书纬·考灵曜》、《论衡》等古籍中也零星有力学知识记载。
宋代李诫在《营造法式》中指出梁截面高与宽之比以3:2为好。
沈括则在《梦溪笔谈》记载了频率为1:2的琴弦共振，既固体弹性波的空腔效应等力学知识。
可看出作者谓造诣高深。
另一方面：秦代李冰父子在四川岷江，领导人民建造的惠及今人的世界级水利工程，都江堰。
约建于591~599年的赵州桥，跨度37.4米，采用拱券高只有7米的浅拱；1056年建成的山西应县木塔，采用筒式结构和各种斗拱，900多年来经受过多次地震的考验。
汉代张衡创造了复杂精密的浑天仪和地动仪；三国时的马钧创造了指南车和离心抛石机]1[。
从中可看出中国先人对力学的认识是深刻，对力学的运用是充满令人敬佩的智慧的。
在近代和现代，力学随着研究内容的深入和研究领域的扩大逐渐形成各个分支，近年来又出现了跨分支、跨学科综合研究的趋势。
周培源有言：力学不独在物理学中占极重要的地位，并且对于天文学及各种工程学皆有极大的贡献。
天文学中的天体力学，即解释各行星围绕太阳运动的学问，是一种根据于力学各定律的计算，它的理论结果和天文测量甚为吻合。
高中物理自锁现象 ppt课件
1
一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试 图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越 紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越 强，这种现象叫自锁（定）现象。
ppt课件
2
重力为G的物体，放置在粗糙的水平面上： 当用适当大小的水平外力（如F1）推它时，总可以使它 动起来。 当用竖直向下的力去推（如F2），显然它不会动。 使F2的方向旋转一个小角度（如F3），就算用再大的力 它也不一定会运动。 只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时 （如F4），才可能用适当的力将它推动，而小于这一角 度，无论用多大的力都不可能推动它。这一现象称为静 力学中的“自锁现象”。
f
θ
Ｆ
F趋于无穷大时仍然成立
sin cos 0 tan tan
ppt课件 5
F2 α
F2
α
α
F1
紧靠在竖直墙壁上的物体，在适当大的外力作用下， 可以保持静止。当外力大到重力可以忽略，无论用斜 向上的力，还是用斜向下的力，发生自锁的条件与水 平面的情况是相同的。如改用与竖直墙壁的夹角来表 示，临界角α0可表达为α0＝arctan 1/μ。
f f
ＦN
G ppt课件 11
无论支持力FN如何变，α保持不变，其大小仅由摩擦因 Ｆ 数决定。 Ｆ′
N
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α
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4
设用斜向下的推力F作用于物体，方向与竖直方向成θ
ＦN
FN mg F cos F sin FN
F sin ( F cos mg )
sin cos mg F
ffnf????nfftan4ppt课件设用斜向下的推力f作用于物体方向与竖直方向成cossinnnfmgfff??????fffncossinmgff?????sincosmgf??????sincos0?????tantan????????f趋于无穷大时仍然成立5ppt课件紧靠在竖直墙壁上的物体在适当大的外力作用下可以保持静止
浅析静力学中“自锁”现象的几个问题.doc
浅析静力学中“自锁”现象的几个问题在日常生活中，大多数情况下，只要在物体上加上足够大的推力，就能够让物体运动起来，而实际上由于摩擦的存在，却会出现无论这个推力如何增大即使增大到无穷大，也无法使它运动的现象，物理上称为“自锁”现象。
如一物体A静止在粗糙的水平地面上，现用与水平成α角的推力F推A，当α超过某一值时，F无论多大，都不能推动物体A。
本文就高中物理力学中碰到的几个典型“自锁”现象的问题来逐一进行分析。
．例一：一个质量为M的立方体，放在一粗糙的固定斜面上，斜面的倾角为θ，今在该物体上施以水平推力F，如图所示．问在什么条件下，不管F多大,物体都不可能沿着斜面向上滑?斜面的静摩擦因数为μ．外力F对于斜面向上滑动，则在F擦力的方向沿着斜面向下，受力图如图所示．建立的直角坐标系，将各个力进行分解，物体不上滑应满足的条件是：Fcosθ－Mgsinθ－f = 0……①又有：N－Fsinθ－Mgcosθ= 0……②F ≤μN……③由上面三个式子，我们得到：F≤（sinθ＋μcosθ）Mg／（cosθ－μsin任何的F值都能够满足．即令F→∞，因为上式中右边的分子不可能趋于无穷大，则应该要求其分母（cosθ－μsinθ）趋于零，即有ctgθ→μ．因此，在当μ≥ctgθ时，不管F的值有多大，物体也不可能沿斜面向上滑．μ≥ctgθ即为这种情况下的自锁条件．我们可以看出这个条件是由斜面的倾角θ和静摩擦因数μ共同决定的，从以上的探讨，我们可以看出，自锁现象与静摩擦因数是密切相关的，如果物体间没有静摩擦，就不可能实现自锁．G的粗细均匀杆AB，A端顶在竖直的粗糙的墙壁例二：如图所示，有一长为l，重为上，杆端和墙壁间的摩擦因数为μ，B 端用一强度足够大且不可伸长的绳悬挂，绳的另一端固定在墙壁C 点，木杆处于水平状态，绳和杆的夹角为θ。
○1求杆能保持水平时，μ和θ应满足的条件； ○2若杆保持平衡状态时，在杆上某一范围内，悬挂任意重的重物，都不能破坏杆的平衡状态，而在这个范围以外，则当重物的重G 足够大时，总可以使平衡破坏，求出这个范围来。
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1 摘要：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，这种现象在生产和生活中广泛存在，并根据自锁原理开发了大量的工具器械。
教学中要注意挖掘生活中鲜活的例子，有助于培养学生学习物理的兴趣。
力学中有一类现象称为“自锁现象”，利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具，广泛应用于工农业生产中，在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。
一、自锁（定）现象
1．什么是自锁现象
一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁（定）现象。
出现自锁现象的原因是，自锁条件满足时，最大静摩擦力会随外力的增大而同比例增大。
2．几种简单的自锁现象
（１）水平面上的自锁现象
如图1，重力为G 的物体，放置在粗糙的水平面上，当用适当
大小的水平外力（如F 1）推它时，总可以使它动起来。
但当用竖直向下的力去推（如F 2），显然它不会动。
即使F 2的方向旋转一个小角度（如F 3），就算用再大的
力它也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时（如F 4），才可能用适当的力将它推动，而小于这一角度，无论用多大的力都不可能推动它。
这一现象称为静力学中的“自锁现象”。
这是因为所施力的水平分力在增大的同时，正向下的压力也同比例的增大。
前者引起物体有运动趋势，后者提供最大静摩擦的条件保障。
满足什么条件才会发生自锁现象呢？这里先了解“摩擦角”概念。
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μ（中学不要求最大静摩擦因数跟动摩擦因数的区别），则最大静摩擦力为f M ＝μF N 。
如图2中，水平面对物体的作用力F ′（支持力与静摩擦力的矢量和）与竖直方向的夹角α，满足μα==N
F f tan 。
α称为摩擦角，无论支持力F N 如何变，α保持不变，其大小仅由摩擦因数决定。
现讨论发生自锁条件。
设用斜向下的推力F 作用于物体，方向与竖直方向成θ时，如果满足)cos (sin mg F F +≤θμθ，无论用多大的力也推不动物体。
此时重力mg 的影响已无关紧要，有αμθtan tan =≤，即αθ≤，这是物体发生自锁的条件。
如果这一条件不满足，即θ＞α，则物体所受动力大于阻力，物体就会运动。
（２）竖直面和斜面内的自锁现象
如图3紧靠在竖直墙壁上的物体，在适当大的外力作用下，可以保持静止。
当外力大到重力可以忽略，无论用斜向上的力，还是用斜向下的力，发生自锁的条件与水平面的情况是相同的。
如改用与竖直墙壁的夹角来表示，临界角α0可表Ｆ1 Ｆ4 图１ Ｆ3 Ｆ
Ｆx y
f N Ｆ′ α θ 图2 F α
α 2 图3
2
达为α0＝arctan μ
1。
与水平面不同的，只是保证物体静止的最小力条件有所不同。
当用斜向上的力维持物体平衡时，不一定满足自锁条件，而若用斜向下的力使物体平衡，一定首先满足自锁条件才可能发生。
而生产、生活中更多是发生在竖直方向的自锁现象。
对于粗糙斜面上的物体，沿适当的角度施力也会出现自锁现象。
这种情况介于水平面和竖直面两种类型之间，这里不再赘述。
３．自锁机械及其原理应用两例
例1．如图5所示，一台轧钢机的两个轮子，直径均为d =50cm 。
以相反的方向旋转，滚轮之间距离为a =0.5cm 。
如果滚轮和热钢板间的动摩擦因数μ=0.1。
试求钢板进入滚轮前的厚度b 。
依题意，可理解为待轧热钢板应在滚轮摩擦力的作用下向右运
动，穿过滚轮，使厚钢板经压轧后变为薄板材。
解答本题并不困难，钢板从开始的位置一旦能被挤进两轮间，
便能够保持板向右运动。
开始的位置由板原来的厚度b 和两轮间距
a 以及摩擦因数共同决定。
解：设向右为x 方向，其余各量如图6，必须满足Nx x F f >，即α>αμsin cos N N F F ，μα<tan ……①（α越小，即
b 越小越
容易满足）
从自锁原理的角度来认识此题，可
以认为滚轮与钢板之间不打滑就是一
种自锁现象。
图中Ｆ是轮对板作用的合
力，对应的摩擦角为α0，符合μα=0tan ，因而由①式得
0tan tan αμα=<，这可以理解为只
有满足F 竖直向下偏右，即0αα＜，
板可以被挤轧向右运动，否则，板不会被吃进。
F 竖直向下是临界条件。
例2．如图7（a ）所示，由两根短杆组成的一个自锁起重吊钩，将它放入被吊的空罐内，使其张开一定的夹角压紧在罐壁上，其内部结构如图（b ）所示。
当钢绳匀速向上提起时，两杆对罐壁越压越紧，若摩擦力足够大，就能将重物提升起来，罐越重，短杆提供的压力足够大，称为“自锁定机构”。
若罐重力为G ，短杆与竖直方向夹角为θ=60º，求吊起该重物时，短杆对罐壁的压力（短杆的质量不计）
本题的求解过程是依据受力平衡得出的。
如图（c ）所示，竖直向上吊绳的拉力F =G ，
图5 图
7 F
(a)
(b) 图6
3 由于θ=60°，沿两斜短杆方向的分力G F F F ===21
短杆对罐壁的作用力又可以分解为对壁的压力F N 和竖直向上的静摩擦力F f ， G F F N 23sin 2==θ。
本例中的“自锁定机构”是一种实用机械工具。
由分析可见，当吊钩提升重物时，如果不发生相对滑动，θ有增大的趋势，θ越大，F N 就越大，即所谓越挤越紧，因而可提供的最大静摩擦力就越大，重物更不容易滑脱。
在理论上只要顶杆与竖直方向的
夹角θ与短杆与接触面间的摩擦角关系满足)90(0αθ-︒>，就会出现自
锁定，吊钩不会滑脱。
4．找准联系生活实际切入点，培养和提高学生创造性思维意识。
新的课程标准更加强调对学生创造思维的培养，去质疑或者解答一些
自然现象，还可以将所学知识，运用到生活中去，尝试进行一些小的发明
研究。
自锁定原理在生活生产中有着极为广泛的应用，这无疑是一个很好
的开发平台。
在进行上面例2教学时，可以适时设计开放性问题，对这种
机构的特点做进一步讨论。
如使用这种机构，要求顶杆（题中短杆）长度
必须与筒形的重物内径匹配，因而只适用于固定形状的重物的吊升，这是
这种机械的不足。
还可以给学生提出一种创意设计：如何设计一种机械能够将柱体形状（实心体）的物体吊升起来。
即外钳（抓）式机械是以抓吊方式提升重物，讨论如图8结构的原理。
设计虽然稍为复杂些，但基本原理思想不变。
可以给学生一个开放式作业课题，调研生产生活中有哪些方面和场合涉及到自锁现象。
二、自锁定原理在生活、生产中的应用
自锁定原理在工程力学中应用极其广泛，在生活、生产中也随处可见。
以下是常见的机械、工具或生活常
识。
图9是电业工
人在电线杆（水泥制
品或旧式木质）的登
高操作用的脚扣(a)
和登高板(b)。
脚扣是一对用机械强度较大的金
属材制作，弯成略大于半圆形的弯扣，内侧面附有摩擦因数较大的材
料，扣的一端是脚踏板。
使用时，如图10，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。
登高板的原理与脚扣大致相同，使用时将软绳盘绕在立柱一圈，
用钩子钩住另一股绳，当作业工人踩在踏板上时，绳与
图9
（a ） (b) 图10
Ｆf f G 图11
固定柄槽 活动杆 图8
4 电杆之间有横向压力，县随下踩力的增大而增大，由于所用的绳材料坚韧而粗糙，与电杆之间有较大的摩擦因数，从而保证发生自锁。
图11是管钳，水工作业的常用工具，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（垂直钳口调整方向）保留一定间隙。
当钳口卡住管子时，用力扳手柄（单方向）会使钳口和管之间的挤压更紧，使钳口与管形成自锁。
如果能亲自操作一下实物，会有更深切体感。
如果说以上工具都是专用工具，并非一般人都能容易接触，下面生活中例子则更普遍。
男士腰带扣是一种防止皮带滑脱的小机械，图12是一种男士腰带扣的剖面图，（a ）型在十多年前曾风弥一时，当皮带试图向左滑出时，滚轴会随皮带滑动挤压更紧，进而阻止皮带的滑动，这是典型的自锁现象。
现在的皮带扣多用（b ）型，在皮带上附有固定的齿状防滑条，顶杆顶住齿槽而皮带滑动，实际是自锁现象的改进。
大多数背包、挎包的
背带用的“曰”字型缩放扣；家具多用榫铆结构，尤其是传统的纯木质家具，框架做成后，在榫铆处都加入楔子可以达到加固效果。
而楔子不能自行退出，也是利用了自锁
原理。
再有我们生活中用绳子打的各种结，也都是利用的自锁原理。
总之，教学要注重培养学生的能力，要贴近生活、引导科学，更好的为生产服务。
要多注意挖掘身边与教学相关的例子，这样能更生动、更有力激发学生的学习兴趣，改善物理学习环境。
向左运动被锁定，向右可方便运动，（a ）图是滑槽式锁定机构，（b ）图是顶杆式锁定机构。
（b ） 图12。