大学物理实验设计 摩擦中的自锁现象分析
第2节 摩擦角和自锁现象
第 2 节 摩擦角和自锁现象
第三章 摩 擦
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 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
第 2 节 摩擦角和自锁现象 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
第三章 摩 擦
0 f
自锁现象：当作用在物块上的全部 主动力的合力FR的作用线在摩擦角 f（或摩擦锥）之内，则无论这个 力有多大，物块必保持静止。这种 现象称为自锁现象（如图a）。 当全部主动力的合力 FR的作用线在摩擦角 （或摩 f 擦锥）以外时，则无论主动力有多小，物块一定不 能保持平衡，这种现象称为不自锁（如图b）。
第 2 节 摩擦角和自锁现象 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。
第三章 摩 擦
第 2 节 摩擦角和自锁现象 由图得
第三章 摩 擦
Fmax tan f fs FN
结论
f arctan fs
摩擦角与自锁现象
在自锁情况下，主动力的合力FR 与法线间的夹
角 ≤ ，因此，FR 与全被动力 FRA 必能满
足二力平衡条件， 且 = ≤ 如图 所示。
2．不发生自锁的条件
如果全部主动力的合力 FR 的作 用线
在摩擦角
之外，则无论这个力怎样小，物
块一定会滑动，这种现 象称为不自锁现象。
3．利用摩擦角测定静摩擦因数
因为当物块处于临界状态时
求得摩擦因数，即
= tan = tan
4．斜面的自锁条件
一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ斜面上。现对
物块施加一个竖直向下的恒力F，如图所示。则物块
A．仍处于静止状态
A
B．沿斜面加速下滑
F
C．受到的摩擦力不变
D．受到的合外力增大
θ
4/5/2024
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摩擦角和自锁现象
一、摩擦角
1．支承面的全约束力
当有摩擦时，支承面对平衡物体的作
用力包含支持力FN和切向静摩擦力Ff。
这两个分力的矢量和：FRA = FN + Ff 。
称为支承面的全被动力，它的作用线与接
触面的公法线成一偏角 ，如图所示。
2．摩擦角
当物块处于平衡的临界状态时，静摩擦力
达到确定的最大值，偏角
物块平衡时，静摩擦力不一定达到最大值，
可在零与最大值Fmax之间变化，所以全被
动力与法线间的夹角 也在零与摩擦角
之间变化，即
由于静摩擦力不可能超过最大值，因此全
被动力的作用线也不可能超出摩擦角之外，
即全约束力必在摩擦角之内。
1．自锁现象
如果作用于物块的全部主动力的
合力FR的作用线在摩擦角
自锁现象的理论阐述及应用举例
Ｈ ｓ ｇ ｅ ｔ ｔ ａ ｅ ｕ ｇ ｓ ｓ ｈ ｔ
ｆｒ ｏ ｌ ｎ ｕ ｇ ， ｏ ｍ ｆ ａ ｇ ａ ｅ Ｃ ｒ ｅ ｔ ｏ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｆ
ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔ ｎ
ｗｅ １ １ ．
ｔ ｆａ ｔ ｒｓ ｗｏ ｃ ｏ ．
ｅ ｏ ｒｒ ｒｓ’
ｅ ｒ ｒ ｒ ａ ｅ ｔ Ｃ Ｂｔ ｎ ｃ ｕ ｄ ｂ ａｔ ｔ ｅ ｅ ｄ ａ ｔｉ ｉ ｙ ｒ ｏ ｓ ｅＩ ｔ ｄ ｏ Ｏ ｅ ｔ ｏ ｌ ｅ ｈ ｎ ｃ ｖ ｔ ｉ ｔ ｔ ａ ｈ ｒ ｗ ｎｔ ｌ ａ ｎ ｒｓ ｔ ｈ ｖ ａ ｄ ｅ ｉ ｓ ｇ ｔ ｆ ｈｅ ｅ ｃ ｅ ａ ｓ ｅ ｒ ｅ ｏ ａ ｅ ｅ ｐ ｎ ｉ ｈ
１自锁 原 理 在 电 工攀 登 电线 杆 用 的脚 套 钩 中 的 应 用 ，
如 图 ３１ －ａ所示 为攀登 电线杆时所采用的脚 套钩 。 套钩的尺 寸ｊ 、电线
杆直径 Ｄ、静摩擦 因数 均为已知 。在工作时，为 了 保证 安全，要求脚
套钩不会下滑 。 根据 宜锁原理
ｆ Ｉ １
、 只能位于各自的摩擦 角内；同时， 两力的交点 ｃ。为同时满足这
ｃ ｍ ｎ ａｒ 。 ｏ ｍｅ ｔ ｙ
（ｕ ａ ， １ ９ ：９ ） Ｎｎｎ ９ １ １５ ． Ｉ ｔ ｉ ｎ ｈｓ
Ａ ｓａ ｅ ｂ Ｈ ｒ ｅ ｓ ｔｔ ｄ ｙ ａｍｒ
摩擦学中的自锁原理
摩擦学中的自锁原理
摩擦学中的自锁原理是指在一些摩擦接触中，因为摩擦力的作用，两个物体之间会出现一种相互阻碍的力，使它们相互固定在一起，不容易相对运动或滑动。
这种自锁现象是由于摩擦力的非线性行为所导致的。
自锁原理是通过摩擦力的非线性特性来实现的。
在一个摩擦接触中，当外部施加一个相对运动的力或力矩时，摩擦力会阻碍这种运动，反作用力会使得物体之间的接触更加紧密，从而增加摩擦阻力。
这种摩擦力的非线性响应使得系统在一定的外部施力范围内能够实现自锁。
自锁原理的应用十分广泛。
例如，在螺纹部件中，螺纹的斜面和螺纹间的摩擦力使得螺纹在受到外力时能够保持固定，不发生自发滑动或松脱。
另外，自锁原理也被应用在一些机械传动系统中，通过合理设计传动的形状和参数，使得系统在运动状态下能够自动锁定或保持任意位置。
总之，摩擦学中的自锁原理是利用摩擦力的非线性行为实现的，通过这种原理可以在摩擦接触中实现物体的自动锁定或固定。
摩擦自锁原理
摩擦自锁原理摩擦自锁原理是指在特定条件下，由于摩擦力的作用，物体可以在不需要外部支撑的情况下保持稳定。
这一原理在工程学和物理学中有着广泛的应用，特别是在机械设计和结构稳定性方面。
摩擦自锁原理的基本概念是，当一个物体受到外部作用力时，摩擦力会阻止其运动，从而使物体保持在稳定的位置上。
这种现象可以通过静摩擦力和动摩擦力来解释。
静摩擦力是指当物体静止时，摩擦力的大小等于外部作用力的大小，可以阻止物体开始运动；而动摩擦力是指当物体处于运动状态时，摩擦力的大小等于外部作用力的大小，可以阻止物体继续加速。
摩擦自锁原理的应用非常广泛。
在机械设计中，工程师们可以利用摩擦自锁原理来设计各种稳定的结构，比如利用摩擦力来阻止机械零件的意外移动，或者设计摩擦自锁装置来保证机械设备的安全运行。
在建筑工程中，摩擦自锁原理也被广泛应用，比如在建筑支撑和桥梁结构中，利用摩擦力来保证结构的稳定性和安全性。
除此之外，摩擦自锁原理还在日常生活中有着重要的应用。
比如在家具设计中，设计师们可以利用摩擦自锁原理来确保家具的稳固性和安全性，避免因外部作用力导致家具移动或倾斜。
在运动器材设计中，摩擦自锁原理也是至关重要的，可以保证器材在运动过程中不会出现意外滑动或失控的情况。
总的来说，摩擦自锁原理是一种重要的物理现象，对工程学和物理学都有着重要的意义。
工程师们需要深入理解摩擦自锁原理，并灵活运用于实际工程设计中，以确保设计的稳定性和安全性。
同时，对于普通人来说，了解摩擦自锁原理也可以帮助我们更好地理解日常生活中的各种现象，并且在设计和使用各种设备时更加注重安全性和稳定性。
摩擦自锁原理的应用将会更加广泛，为我们的生活和工作带来更多的便利和安全。
自锁现象
若物体推不动，则
水平方向有：
竖直方向：
方法一：解得
若保持这个式子恒成立，需 故
方法二：解得
若保持这个式子恒成立μ须大于等于 的最大值
故
注意：无论物体受的外力多大，物体始终静止是自锁现象，需要μ和外力F的夹角满足一定的条件
例2：如图所示,质量均为M的A、B两滑块放在粗糙水平面上,滑块与粗糙水平面间的动摩擦因数为 两轻杆等长,且杆长为L,杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接,杆与水平面间的夹角为 在两杆铰合处悬挂重物C,整个装置处于静止状态。重力加速度为 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，试求:
即满足
如例1例2可以两种方法得 故
故
例3．（1）30°（2） （3）
【解析】（1）因B物体受力平衡，所以水平方向：Fcos30°=Tcosθ
竖直方向：Fsin30°+Tsinθ=Mg
解得：T=Mg，θ=30°
（2）因A物体受力平衡，由平衡条件得：水平方向：
Tcos =μN
竖直方向：N=Mg+Tsin30°
解得：
（3）无论如何改变F的大小和方向，即无论绳子的拉力T多大，也无法拉动物体A
自锁现象
定义：一个物体受静摩擦力作用而静止。当外力试图使这个物体运动时，外力增大（动力增大），但最大静摩擦力也增大。即外力无论多大，物体始终静止的现象。
条件：当μ和外力F的夹角满足一定的条件时，会出现自锁现象。
例1．已知一物块与水平面间动摩擦因数为μ，现对它作用一如图推力F，若F无论多大也推不动物块，则F与水平面夹角α应满足什么条件？
若无论物块C的质量多大,都不能使物块A或B沿地面滑动,则 至少要多大?
例3：如图所示，质量为M的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块与质量也为M的小球B相连.今用跟水平方向成α=30°角的力F=Mg拉小球并带动木块一起向右匀速运动，运动中A、B相对位置保持不变，g取10m/s2.求：
摩擦学中的自锁原理
摩擦学中的自锁原理自锁原理是摩擦学中一个重要的概念。
简单地说，自锁是指两个物体之间的摩擦力发生改变，使得系统处于一个稳定的平衡状态，阻止进一步的运动。
自锁在实际生活中广泛应用于各种机械装置和工程设计中。
下面将详细解释自锁原理及其应用。
首先，我们来探讨自锁原理的基本概念。
在两个物体接触的摩擦过程中，摩擦力的大小取决于物体之间的接触面积、相互间的压力和物体间的粗糙度等因素。
当物体间存在相对运动时，摩擦力的方向与运动方向相反，为运动摩擦力；当物体间没有相对运动时，摩擦力的方向与运动方向相同，为静摩擦力。
对于一个自锁系统，摩擦力的改变与倾斜角度有关。
当倾斜角度小于一定的临界值时，静摩擦力大于运动摩擦力，物体间保持相对静止。
但当倾斜角度超过临界值时，运动摩擦力大于静摩擦力，物体开始相对滑动。
这种现象就是自锁的原理。
自锁原理的应用非常广泛。
在机械装置中，摩擦垫块是一种常见的利用自锁原理的装置。
摩擦垫块通常由金属和橡胶两种材料组成，它们之间相对滑动，通过改变倾斜角度来实现自锁。
当倾斜角度小于临界值时，摩擦垫块保持静止；当倾斜角度超过临界值时，摩擦垫块开始相对滑动。
摩擦垫块可以广泛应用于电梯、输送带、离合器等各种设备中。
另一个应用自锁原理的例子是防溜索。
在登山和救援等活动中，人们常常需要通过溜索的方式横跨峡谷或峭壁。
溜索的末端通常装有一个急刹器，它利用自锁原理防止下滑事故的发生。
当人体下滑时，摩擦力会使急刹器自动锁定，阻止进一步的下滑。
这种设计增加了人的安全性，并且在紧急情况下能够更快地停止下滑。
此外，自锁原理还应用于汽车制动系统、电磁弹射器等领域。
汽车制动系统中的刹车片利用了自锁原理，使车辆在停止时能够保持静止。
电磁弹射器是航空母舰上飞机起飞的设备，其自锁装置可防止飞机由于意外原因在弹射过程中滑动或掉落。
总之，自锁原理是摩擦学中的一个重要概念，广泛应用于各个领域。
通过改变倾斜角度，系统能够自动保持稳定的平衡状态，阻止进一步的运动。
摩擦力的自锁现象
摩擦力的自锁现象1、自锁现象定义：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，这种现象叫自锁现象摩擦角：若物体（不计重力），在粗糙的水平面上一旦存在相对运动趋势，就会受静摩擦力作用，假设动摩擦因数为μ且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则最大静摩擦力f m=μF N如图所示水平面对物体的作用力F＇（支持力与最大静摩擦力的矢量和）与竖直方向的夹角α，满足tanα=f m /F N=μ，则α称谓摩擦角，当外力F与竖直方向的夹角θ小于α时，无论外力F多大，都不可能推动物体2、水平面上的自锁现象如图，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F1推它时，总可以使它动起来，但当用竖直向下的力F2去推，显然它不会动，即使力从竖直方向旋转一个小角度，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，才可能用适当大小的力将它推动，而小于这个角度，无论用多大的力，都不可能推动它3、竖直面上的自锁现象如图所示，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时，无论用斜向上的力，还是斜向下的力，发生自锁的条件与水平面的情况是相同的，如改用于竖直墙壁的夹角来表示摩擦角则摩擦角α0满足tanα0=1/μ与水平面不同的，只是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，一定要满足自锁条件才可能发生，而生产、生活中更多的是发生在竖直面的自锁船现象如图甲所示,将由两根短杆组成的一个自锁定起重吊钩放入被吊的空罐内,使其张开一定的夹角压紧在罐壁上,其内部结构如图乙所示。
当钢绳向上提起时,两杆对罐壁越压越紧,当摩擦力足够大时,就能将重物提升起来,且罐越重,短杆提供的压力越大。
若罐的质量为m,短杆与竖直方向的夹角θ=60°,匀速吊起该罐时,短杆对罐壁的压力大小为多大？(短杆的质量不计,重力加速度为g)。
摩擦自锁实验报告
一、实验目的1. 理解摩擦自锁现象及其原理。
2. 探究不同材料和条件下摩擦自锁的特性。
3. 通过实验验证摩擦自锁在工程应用中的重要性。
二、实验原理摩擦自锁是指在外力作用下，物体开始运动后，即使外力撤除，物体仍能保持运动状态的现象。
这是由于物体间存在一定的摩擦力，当外力大于最大静摩擦力时，物体开始运动；当外力撤除后，摩擦力依然存在，使物体保持运动状态。
摩擦自锁的原理可表示为：F_max > F 动力，其中F_max为最大静摩擦力，F 动力为物体所受的合外力。
三、实验仪器与材料1. 摩擦自锁实验装置：包括摩擦盘、摩擦块、支架、旋转轴等。
2. 不同材料的摩擦块：如钢、铜、塑料等。
3. 测力计：用于测量摩擦力。
4. 计时器：用于记录物体运动时间。
四、实验步骤1. 将摩擦块固定在摩擦盘上，确保摩擦块与摩擦盘紧密接触。
2. 将实验装置安装在支架上，并调整旋转轴使其水平。
3. 使用测力计对摩擦块施加一定的合外力，使摩擦块开始运动。
4. 记录物体开始运动时的合外力F 动力。
5. 当物体运动一段时间后，撤除合外力，观察物体是否保持运动状态。
6. 更换不同材料的摩擦块，重复步骤3-5，比较不同材料下的摩擦自锁特性。
7. 改变摩擦块与摩擦盘之间的接触面积，重复步骤3-5，观察摩擦自锁特性变化。
五、实验数据记录与处理1. 记录不同材料摩擦块在相同合外力下的运动时间。
2. 计算不同材料摩擦块的最大静摩擦力。
3. 分析摩擦自锁特性与材料、接触面积等因素的关系。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，不同材料的摩擦块在相同合外力下，其摩擦自锁特性存在差异。
一般来说，摩擦系数较大的材料更容易实现摩擦自锁。
2. 当摩擦块与摩擦盘之间的接触面积增大时，摩擦自锁现象更加明显。
3. 实验结果表明，摩擦自锁在工程应用中具有重要意义。
例如，在机械设计中，合理选择摩擦材料和接触面积，可以保证设备的安全运行。
七、结论通过本次实验，我们成功探究了摩擦自锁现象及其原理。
自锁现象与摩擦角
v0 2m / s 的初速度，在于斜面成某一夹角的拉力 F 作用下，沿斜面向上做匀加 速运动，经 t 2s 的时间物块由 A 点运动到 B 点， A 、 B 之间的距离 L 10m 。
已知斜面倾角 30 ，物块与斜面之间的动摩擦因数 3 。重力加速度 g 取
3
10m / s （1）求物块加速度的大小及到达 B 点时速度的大小。 （2）拉力 F 与斜面的夹角多大时，拉力 F 最小？拉力 F 最小值是多少？
FRmax
N
φm
fsm
F
φm：摩擦角
摩擦角和摩擦因数表示材料摩 擦性质的物理量；
tan m
f sm N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在其他因素变化时，只要接触 面的摩擦因数不变，全反力的 方向就不会变，这不仅减少了 物体的受力个数，且使问题大 大简化，这是物理学研究中处 理力学问题的重要思想方法；
02 摩擦角
【2017年高考全国卷II第16题】
如图1，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F
的大小不变，而方向与水平面成60°，物块也恰好做匀速直线运动。物块
与桌面间的动摩擦因数为（ ）
FR φm
fm
摩擦角
tanm
f N
两次摩擦角不变：
F mg
F cos 60 mg F sin 60
解得， 3
3
02 摩擦角---拉密定理
F'sin ' f '
F sin (mg F cos)
滑动
F mg
自锁
F sin F cos
tan
02 摩擦角
定义：当物体与接触面间存在弹力和摩擦力时，把接触面对物体的弹力N和摩擦 力f的合力称做支撑面的全反力FR。当摩擦力为滑动摩擦力时，全反力与支持力 间的夹角最大,称为摩擦角。
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。
摩擦自锁的原理及应用
摩擦自锁的原理及应用一、什么是摩擦自锁摩擦自锁是一种利用摩擦力产生自锁效果的工作原理。
在机械系统中，通过合理设计和安装，利用摩擦产生自锁效果，从而确保机械元件的固定和稳定。
二、摩擦自锁的原理摩擦自锁的原理可以简单地理解为利用两个接触面之间的摩擦力来阻止运动或转动。
当施加的力或扭矩超过摩擦力时，系统会自动锁定，避免进一步的运动或转动。
此原理适用于许多机械系统中，如螺杆与螺母、螺栓与螺母、齿轮传动等。
这些系统中的摩擦力可以通过调节摩擦系数、增加接触压力或改变接触面的形状来实现自锁效果。
三、摩擦自锁的应用1. 螺杆传动螺杆传动是摩擦自锁的典型应用之一。
螺杆与螺母之间的摩擦力可以防止螺杆的无限旋转，从而实现定位和固定的效果。
这种传动方式常用于起重装置、升降平台等需要稳定和可控的运动系统中。
2. 齿轮传动齿轮传动也是摩擦自锁的常见应用。
通过合适的齿轮设计和制造，可以确保齿轮之间产生足够的摩擦力，使系统达到自锁的效果。
齿轮传动广泛应用于各种机械设备中，如汽车传动系统、工业机械等。
3. 刹车系统刹车系统是摩擦自锁的另一种重要应用方式。
在车辆或其他运动设备中，通过摩擦片与刹车盘的摩擦力产生自锁效果，从而实现车辆的停止和稳定。
刹车系统的设计和调整对于车辆的安全性具有重要作用。
4. 手动工具摩擦自锁也经常用于各类手动工具中。
例如，扳手、螺丝刀和扳钳等工具通常都采用了摩擦自锁的原理，以确保工具在使用过程中的稳定和安全。
这些工具的设计和制造必须考虑到摩擦系数的选择和接触面的精度。
5. 机械连接件许多机械连接件也利用摩擦自锁的原理来确保连接的牢固和可靠。
例如，螺栓和螺母之间的接触面可以通过恰当的设计和安装来产生足够的摩擦力，从而保持连接件的稳定性。
这种连接方式广泛用于各种机械设备和结构中。
四、总结摩擦自锁是一种利用摩擦力产生自锁效果的工作原理。
通过合理设计和安装，可以利用摩擦力来阻止运动或转动，从而确保机械元件的固定和稳定。
摩擦自锁原理
摩擦自锁原理
摩擦自锁原理是指在某些特定条件下，由于摩擦力的存在而使得物体在不受外
力作用的情况下能够保持相对稳定的状态。
这一原理在工程学、物理学和机械设计中有着广泛的应用，对于理解和掌握这一原理，可以帮助我们更好地设计和制造各种机械设备和工具。
首先，我们来了解一下摩擦力的基本概念。
摩擦力是指两个物体之间接触面上
的相互作用力，它的大小与物体表面间的粗糙程度和受力面积有关。
在一些情况下，当物体受到外力作用时，由于摩擦力的存在，物体会产生相对运动或者保持相对静止的状态。
这种现象被称为摩擦自锁。
摩擦自锁原理的应用非常广泛，比如在汽车的制动系统中，摩擦自锁原理被用
来实现制动。
当司机踩下制动踏板时，制动器会施加压力在车轮上，车轮由于受到摩擦力的作用而停止旋转，从而实现了制动的效果。
又如在螺纹连接中，由于螺纹的斜面摩擦，可以实现螺纹的自锁效果，使得螺纹连接更加牢固。
除了在机械制造中的应用，摩擦自锁原理在一些自然现象中也有着重要的作用。
比如在地震中，由于板块之间的摩擦力，导致板块在一段时间内保持相对静止的状态，当摩擦力超过一定限度时，就会发生地震。
总的来说，摩擦自锁原理是一种重要的物理现象，它在机械制造、工程设计以
及自然现象中都有着广泛的应用。
通过深入理解和掌握摩擦自锁原理，我们可以更好地应用它来解决各种实际问题，提高机械设备的性能和稳定性。
同时，对于一些自然现象的理解也能更加深入和全面。
因此，摩擦自锁原理的研究和应用具有着重要的意义，值得我们进一步深入探讨和研究。
摩擦中的自锁现象及其在工程上的应用
摩擦中的自锁现象及其在工程上的应用
摩擦的自锁现象是一种令人赞叹的物理现象，它可以有效地调节和控制机械系统的运行状态，从而在工程上获得广泛应用。
摩擦自锁，是一种特殊的摩擦定律，它最基本的原理是：如果某个机械系统在一定条件下，经过许多次擦力作用，系统能够达到某种自动调整后，摩擦力会出现一个明显的减小，甚至会出现摩擦自锁现象。
这一系统会趋于自然静止，且自身的摩擦力大大降低，从而使得在强烈的外力作用下，摩擦力也远远不够强大，从而起到一种自锁的作用。
摩擦自锁不仅可以稳定活动装置的摩擦状态，而且还能节省能量、减少噪音，从而在很多工程领域得到广泛应用。
例如，摩擦自锁可以用于汽车上的节气门和制动系统，这些系统本身很脆弱，但使用摩擦自锁技术后，功率变大，行驶时会减少发动机的噪音。
此外，还可以用于空質机械装置和安全装置，来达到固定和安全锁定功能，避免系统出现过载问题，同时也可以降低能耗。
总之，摩擦自锁现象是一种令人赞叹的物理现象，它从物理学上对摩擦机制的解释，已被广泛应用在工程领域，起到了极大的作用。
摩擦自锁技术，不仅可以控制系统运行状态，同时也可以节省能源资源，带来良好的应用效果。
自锁实验报告
自锁实验报告自锁实验报告一、引言自锁是一种常见的现象，指的是当两个物体之间存在一定的摩擦力时，当外力作用停止后，物体之间的摩擦力会使它们保持相对位置，形成一种自锁状态。
自锁现象在日常生活中随处可见，例如门锁、自行车刹车等。
本实验旨在通过自锁实验，研究自锁现象的原理及应用。
二、实验目的1. 探究自锁现象的原理；2. 观察不同材料、不同面积的物体在不同施加力的情况下是否会出现自锁；3. 分析自锁现象的应用领域。
三、实验装置与方法1. 实验装置：实验台、斜面、滑轮、吊钩、重物、计时器；2. 实验步骤：a. 将斜面固定在实验台上，确保斜面倾斜度合适；b. 在斜面上放置一个物体，并将其与吊钩相连；c. 在滑轮上挂上重物，使其悬空；d. 将滑轮与吊钩相连；e. 用手将滑轮上的重物向上拉起，使物体上升；f. 释放手，观察物体是否会停留在原地。
四、实验结果与分析通过多次实验，我们观察到以下现象：1. 当物体与斜面之间存在一定的摩擦力时，物体会出现自锁现象，停留在原地；2. 当施加的力越大，物体的停留时间越长；3. 当斜面的倾斜度增加时，物体的停留时间也会增加；4. 不同材料的物体在相同条件下，出现自锁现象的力大小可能有所不同。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 自锁现象是由物体与斜面之间的摩擦力所致，当外力停止作用时，摩擦力会使物体保持相对位置；2. 自锁现象的发生与斜面的倾斜度、物体材料以及施加的力大小有关；3. 自锁现象在实际生活中有广泛的应用，例如门锁、自行车刹车等。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了自锁现象的原理及应用。
自锁现象是一种常见的力学现象，在工程设计和日常生活中有着重要的应用价值。
通过研究自锁现象，可以提高我们对物体运动的理解，并在实际应用中发挥重要作用。
六、参考文献[1] 张三, 李四. 自锁现象研究及应用[J]. 物理学报, 20XX, XX(X): XX-XX.[2] 王五, 赵六. 自锁现象的实验研究与分析[J]. 实验物理, 20XX, XX(X): XX-XX.注：本实验报告仅供参考，具体实验过程及结果可能因实际情况而有所不同。
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；
模型06摩擦角和自锁现象(解析版)-2025年高考物理热点模型突破
模型06摩擦角和自锁现象（解析版）学校：_________班级：___________姓名：_____________1. 自锁现象定义：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，这种现象叫自锁现象2．摩擦角物体在粗糙平面(斜面)上滑动时，所受滑动摩擦力F f 和支持力F N 的合力F 合与F N 间的夹角为θ，如图(a)、(b)所示，由于tan θ＝F f F N＝μ为常量，所以θ被称为摩擦角．图(a) 图(b)3．摩擦角的应用(1)在水平面上，若给物体施加拉力F 使之在水平面上滑动，则力跟水平方向的夹角为θ(跟F 合垂直)时，拉力F 最小，如图(c)．图(c) 图(d) 图(e)(2)当所加推力F 与支持力F N 反方向间的夹角β≤θ时，无论推力F 多大，都不能推动物体在平面(斜面)上运动，这种现象称为摩擦自锁，如图(d)、(e)．(3)有摩擦力参与的四力平衡问题可通过合成支持力F N 和滑动摩擦力F f 转化为三力平衡问题，然后根据力的平衡知识求解．4.分析解题思路01模型概述1. 平面上的摩擦自锁【典型题1】如图所示，拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图)．设拖把头的质量为m ，拖杆质量可以忽略；拖把头与地板之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g ，某同学用该拖把在水平地板上拖地时，沿拖杆方向推拖把，拖杆与竖直方向的夹角为θ，则下列说法正确的是( )A ．当拖把头在地板上匀速移动时推拖把的力F 的大小为μmg sin θ＋μcos θB ．当拖把头在地板上匀速移动时推拖把的力F 的大小为μmgsin θ－μcos θC ．当μ≥tan θ时，无论用多大的力都能推动拖把头D ．当μ<tan θ时，无论用多大的力都能推动拖把头【答案】 B【详解】 以拖把头为研究对象，对其进行受力分析．拖把头受重力mg 、地板的支持力F N 、拖杆对拖把头的推力F 和摩擦力F f .把拖把头看成质点，建立直角坐标系，如图所示．把推力F 沿x 轴方向和y 轴方向分解，根据平衡条件列方程：F sin θ－F f ＝0，F N －F cos θ－mg ＝0，又F f ＝μF N ，联立三式解得F ＝μmg sin θ－μcos θ，所以选项A 错误，B 正确；当μ≥tan θ时，μcosθ≥sin θ，F sin θ－F f ＝F sin θ－μF cos θ－μmg ＜0，所以无论用多大的力都不能推动拖把头，选项C 错误；当μ＜tan θ时，μcos θ＜sin θ，F sin θ－F f ＝F sin θ－μF cos θ－μmg ＝F (sin θ－μcos θ)－μmg ，如果F (sin θ－μcos θ)－μmg ＞0，能推动拖把头，否则不能推动拖把头，选项D错误．02典题攻破2. 斜面上的摩擦自锁【典型题2】如图所示，质量为m 的物体，放在一固定的斜面上，当斜面倾角θ＝30°时恰能沿斜面匀速下滑．对物体施加一大小为F 的水平向右的恒力，物体可沿斜面向上滑行．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，现增大斜面倾角θ，当θ增大并超过某一临界角θ0时，不论水平恒力F 多大，都不能使物体沿斜面向上滑行．那么( )AB ．θ0＝45°C ．θ0＝60°D ．θ0＝30°【答案】 C 【详解】斜面倾角为30°时，物体恰能匀速下滑，对物体进行受力分析，如图所示，可知应满足mg sin 30°－μmg cos 30°＝0，解得μA 错；物体与斜面间的摩擦角α＝arctan μ＝30°，因此当水平恒力F 与斜面支持力F N 成30°角，即斜面倾角为60°时，无论F 多大，都不能使物体沿斜面上滑，故θ0＝60°，C 对，B 、D 错．1．（23-24高一下·全国·开学考试）小明同学在教室里做了一个小实验，如图所示，他将黑板擦金属一面贴着木板，缓慢抬起木板的一端，当木板与水平面夹角30a =°时，黑板擦恰好下滑。
物理中的自锁现象
物理中的自锁现象《自锁现象》篇一嘿，你听说过物理中的自锁现象吗？这可真是个超有趣的玩意儿。
我第一次接触自锁现象是在物理课上。
当时老师拿着一个倾斜的木板和一个小木块在讲台上演示。
那小木块就像个调皮的小捣蛋鬼，当木板倾斜到一定角度时，它竟然纹丝不动。
老师就说，这就是自锁现象啦。
我当时就想，这小木块难道被施了魔法？怎么就突然这么听话了呢。
我觉得自锁现象就像是一场小木块的“自我坚守”。
你看啊，当摩擦力足够大的时候，小木块就像是和木板签订了一个“坚守协议”，不管木板怎么倾斜，它就是不往下滑。
这摩擦力就像是小木块的保镖，紧紧地守护着它。
我曾经自己在家里也做过类似的小实验。
我找了一块木板，又找了我的小橡皮当作木块。
我把木板慢慢地倾斜，就像在小心翼翼地探索一个神秘的领域。
刚开始，小橡皮还很“听话”，随着木板的倾斜度增加，我心里就在想，小橡皮啊，你什么时候会坚持不住呢？也许它在心里也在和摩擦力这个保镖商量：“兄弟，你可一定要顶住啊，不然我可就要‘滑铁卢’了。
”当木板倾斜到一定程度时，小橡皮真的就不动了。
我当时那个兴奋啊，就好像我发现了一个新大陆似的。
可是，我也有疑惑的地方。
自锁现象是不是在任何情况下都这么靠谱呢？我想也许不是的。
如果木板表面特别光滑，或者小木块受到了其他外力的干扰，这个自锁现象可能就会被打破。
就像一个原本坚固的堡垒，如果受到了敌人从内部或者外部的攻击，也会有崩塌的时候。
而且，我觉得自锁现象在生活中也有很多类似的情况。
比如说，有些人在自己的舒适圈里就像是处于自锁状态。
他们习惯了现有的生活方式，不管外界怎么变化，都不愿意改变。
这时候，就需要有一个很大的“外力”来打破这种自锁，就像如果要让那个小木块滑动，就得增大木板的倾斜度或者减少摩擦力一样。
不过呢，也有人会说，在自己的舒适圈里待着也没什么不好啊，这就像是小木块在一定程度上保持自锁状态也很稳定一样。
这还真是个有点争议的事儿呢。
自锁现象啊，你就像一个神秘的小魔法，在物理的世界里闪烁着独特的光芒，让我这个学生在探索你的过程中，充满了好奇、疑惑和惊喜。
3.15 摩擦角与自锁现象
自锁现象的应用 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
测定静摩擦系数
W
θ
F θN
从零起增大斜面的倾角θ， 直到物块刚开始下滑为 止，记下斜面倾角θ，这 时的θ角就是要测定的摩 擦角，其正切就是要测 定的摩擦因数。
R
tanm
求解平衡问题——几何法
若已知每个接触面的摩擦系数均为μ， 则使重物W升起所需的力P为多少？
自锁现象工作原理maxsin自锁现象千斤顶的原理从零起增大斜面的倾角直到物块刚开始下滑为止记下斜面倾角这时的角就是要测定的摩擦角其正切就是要测定的摩擦因数
3.15 摩擦角与自锁现象
自锁现象 动画？？？
摩擦角
摩擦角 当物体处于滑动的临界状态时，静摩擦力达到
最大值Fmax，此时N与R的夹角也最大，此时的θm称为 摩擦角。
（1）受力分析
R3
θ α R1
α
R3 α
R1
α+θ
W
R2 α
P
α+θ
R1
α R2
R1
W
sin(90 ) sin(90 2 )
P W tan(2 )
R1 α θ
R1
P
sin(90 ) sin(2 )
tan
小结
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什么是摩擦角？ fs tanm
如何解释自锁现象？ 如何利用摩擦角求解平衡问题？
W P
N θm
Fmax R
tanm
Fmax N
fs
fs ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱanm
自锁现象——工作原理
自锁现象
如果作用于物体的全部主力的合力FR的作用线在摩擦角θm之内，则无论这个 力怎样大，物块必保持静止。这种现象称为自锁现象。
【毕业论文】摩擦自锁及其应用
摩擦自锁及其应用李智机械15班，010636摘要：摩擦在我们的现实生活中可谓无所不在，在某些方面确实有很大危害，但其的积极作用却是不容忽视的。
摩擦自锁就是一个典型的例子。
当主动力合力的作用线位于摩擦锥以内时，无论主动力合力多大，约束力都可与之平衡，此现象称为摩擦自锁现象。
摩擦自锁在现实生活中大量存在，并且起着相当大的作用。
本文试从自锁的原理及具体的应用例子出发，揭开其神秘面纱。
关键词：摩擦自锁、摩擦锥、劈一、摩擦的基本知识1．库仑定律摩擦是在物体相互接触且有作用力时产生的，摩擦力大小与主动力有关。
在一般条件下，摩擦满足古典的库仑三定律：(1)静摩擦力与作用于摩擦面的垂直力成正比倒，与外表的接触面积之大小无关；(2)摩擦力(动摩擦的场合)与滑动速度的大小无关；(3)静摩擦力大于动摩擦力。
其中静摩擦力与垂直力的比例系数为μ，静摩擦力max ,()F N F N μμ≤= 。
①2．摩擦角与摩擦锥当摩擦力达到最大静摩擦力时，全约束反力R和约束面法向的夹角称为摩擦θ。
②角mθ为顶以约束面法向为中心轴，以2m角的正圆锥叫做摩擦锥。
③3．摩擦自锁当主动力合力的作用线位于摩擦锥以内时，无论主动力合力多大，约束力都可与之平衡，此现象称为摩擦自锁现象。
二、摩擦自锁的应用1.劈具有构成尖锐角度的两个平面形状的坚硬物体。
又称楔或尖劈。
属于斜面类简单机械。
两成尖锐角度的平面称为劈面，劈的尖端称为劈刃，宽端称为劈背。
④我国周口店北京猿人遗址处发现的两面石器是尖劈的原始形式，距今约有40～50万年，新石器时代的石斧、石矛，商周时代的青铜器和兵器等，都说明尖劈是人类最早发明并广泛使用的一种简单工具。
尖劈可以用来卡紧物件。
如果尖劈的锐角足够小，它可以嵌入木头缝或墙缝里，这是由于摩擦力的作用使尖劈静止在木头缝中或墙缝里，称为摩擦自锁。
像木器家具中常在横接处打入木楔就是应用尖劈摩擦自锁的原理。
例一、图示为一焊接用楔形夹具，利用这个夹具把要焊接的工件1和1＇预先夹妥，以便焊接。
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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2m
θ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。
（图a ）螺杆螺纹所受的是千斤顶支座螺纹对它们作用的法向约束力12,,i N N N 和摩擦力12,,i F F F 。
螺纹被展开后为一斜面。
（图b ）为被展开螺纹的一个螺距的斜面示意图。
法向约束力i N 沿斜面的垂线方向，摩擦力i F 沿斜面方向。
max tan i m i
F N θ=。
而千斤顶通过螺纹分散了重物的重量。
可以认为螺纹受到了竖直向下的分布力的作用，结合螺纹斜面示意图，斜面的倾角φ即分布力与约束面法向的夹角，tan 2h
r φπ=。
将已知数据12,24h mm r mm ==代入上式，得tan 0.079580.1tan m φθ=<=，这表明此千斤顶的螺纹满足自锁条件。
于是无论重物有多重，螺纹接触面之间都不会相对滑动，从而保证了重物位置的固定。
[与力学专业的联系]
为何能用“小力”举起“大重物”
为了讨论方便，我们先给定一个主动力P=160N ，求能举起的重物B 。
之后用求解过程中推出的式子来说明这个问题。
3.1 求解重物B
我们把手柄与螺杆作为研究对象。
摩擦力视为主动力，则此机械系统所受的约束仍可视为
理想约束，可以用静力学普遍方程来分析它的问题。
系统所受主动力为人对手柄的力P 、重物给螺杆的反作用力W 和支座螺纹对螺杆螺纹的摩擦力i F ∑。
受力图如下。
取手柄OA 的转角θ为广义坐标，并给出一逆时针转向的虚位移δθ。
按照右螺旋规则，螺杆将产生一个上升的虚位移B r δ，螺杆的螺纹将沿支座的螺纹斜面向上滑移虚位移F r δ。
B r δ、F r δ与δθ的关系可由下述比例关系求解。
3.1.1手柄－螺杆一起转动，手柄的虚位移为δθ，螺杆螺纹平均半径端点沿水平截面的虚位移为r
δθ，螺杆螺纹平均半径沿斜面方向的虚伪为F r δ，二者关系可从螺纹斜面示意图求得，
即 cos F r r δθδφ
= ① 3.1.2手柄逆时针转动一周，螺杆上升一个螺距，手柄的虚位移δθ与螺杆的虚位移B r δ二者应满足比例关系，即
2B h r δδθπ
=
② 此系统的虚功方程为 0B i F A Pl W r F r δδθδδ=•-•-∑•= ③
将①、②式代入上式，得
()02cos i h r Pl W F δθπφ
--•∑= 因为 δθ独立，我们可以设δθ≠0，则 02cos i h r Pl W F πφ
--∑= ④ 式中的摩擦力i F ∑可通过摩擦定律
i i F N μ∑=∑ ⑤
（在这里，我们假设螺杆上升时没有加速度，而且可以找到一个坐标系使螺杆处于静止。
） 在受力图中，将螺杆所受的力投影到y 轴上，即
()cos ()sin 0i i N W F φφ∑--∑=
将⑤式代入上式，解得
cos sin i W F μφμφ
∑=
- ⑥ 将⑥式代入④式，解得 222cos (1tan )cos (1tan )2l W P h r πφμφφμφπμ
-=-+ ⑦ 将已知数据600,12,24,l mm h mm r mm ===0.1,tan 0.07958,μφ==160P N =， 21/2cos (1tan )0.9968φφ-=+=代入⑦式，得
3138.122.110W P N =≈⨯
此千斤顶能举起的重物B 的重量是力P 的138.1倍，即W=22.1kN 。
3.2﹑解释“小力”举“重物”的原因 由tan 0.079582h
r φπ==，我们可以作一下近似，因为φ角很小，认为
cos 1,sin 0φφ≈≈，则由⑥式可得
i F W μ∑≈
再把上式代入④式，可得 2W l h P r μπ
=+ 由所给数据可以看出，因为,2h l r W P μπ>>
+>>所以。
其实这有点类似力的放大机构，通过改变输入力的作用方向与位移而获得更大的输出力。
参考资料：《理论力学》李俊峰清华大学出版社
《分析力学》叶敏肖龙翔天津大学出版社。