高中的刚体力学题,一个刚体小球,在一个足够粗糙的水平地面上做无滑滚动,除了重力和地面支持力以外,小球显然还会收到地面给它

来源：学生作业帮编辑：灵鹊做题网作业帮分类：物理作业时间：2024/06/11 13:57:25

高中的刚体力学题,
一个刚体小球,在一个足够粗糙的水平地面上做无滑滚动,除了重力和地面支持力以外,小球显然还会收到地面给它的摩擦力.那么,摩擦力方向是往前还是往后呢?
以平动来看,小球整体处于减速滚动状态,水平方向必然有往后的加速度,那么摩擦力应该向后；
以转动来看,小球减速转动,必然有一个力矩阻碍其转动,以球心为轴,重力支持力无力矩,摩擦力力矩必然阻碍其转动,那么应该向前.
究竟是什么情况?或者“刚体—无滑滚动”根本不可能存在?

你的分析一半对一半不对,以转动来看,摩擦力确实是向前,这点是对的；但以平动来看,小球之所以处于减速状态,并非是受到向后的摩擦力,而是由于摩擦力作用以及运动时的小颗粒碰撞,使小球动能损失并部分转化成了内能,小球动能减小,速度也减小,但其转速的减小是由于摩擦力的力矩作用,所以1楼的回答我认为也不尽正确.
再问：能量的转化是力做功的结果，动能转化为内能，必然有力的作用。不是滚动摩擦，是内力吗？小颗粒碰撞指的是球内部的微粒还是接触面球与地面的微粒碰撞？
再答：本人第一次的回答太过狗血，在此向楼主负荆。关于这个问题和朋友们作了探讨，在此与楼主研究一下：关于摩擦力的方向，分三种情况。1，平动动能与转动动能之比为某一比值，在此时，小球平动速度与着地点转动线速度相同，在此着地瞬间，小球与地面摩擦力为0；2，平动动能与转动动能之比大于某一比值，在此时，小球平动速度大于着地点转动线速度，在此着地瞬间，摩擦力向后；3，平动动能与转动动能之比小于某一比值，在此时，小球平动速度小于着地点转动线速度，在此着地瞬间，摩擦力向前。总之，摩擦力是被动力，初始时，其摩擦力方向与小球着地点与地面相对运动趋势相反（注意，由于是无滑滚动，所以着地点与地面相对运动方向是一定的，但其相对运动趋势并不一定，比如人向前走路和被使劲拉着走路）。楼主一定问，这是初始摩擦力，那么运动过程中的摩擦力呢，在运动过程中，小球摩擦力方向也是与小球着地点相对于地面运动趋势相反，但这个相对运动趋势由于平动动能和转动动能的转换可能会改变，所以其方向无法定性确定。由于摩擦力的作用，小球的动能会转换成地面及小球的内能，小球平动动能和转动动能也会相互转换，但当小球最终挺下来时，小球平动动能和转动动能全部都转换成小球与地面的内能。这里的动能转换为内能，是静摩擦做功，由于理想化成刚体无滑滚动，所以不考虑内部微粒碰撞，不考虑内力。楼主不明白的话欢迎继续探讨。
再问：很高兴能得到您如此条分缕析的细致回答！其实，我也跟同学做过了讨论，得出了类似的结论。如果我的推理没错的话，就圆球而言，您反复提到的那个“某一比值”应该是5/2吧（圆球的转动惯量为2mR*R/5）？
再答：看来咱们的结论是相同的。如果转动惯量J=2mRR/5的话，那么这个比值就是5/2

高中的刚体力学题,一个刚体小球,在一个足够粗糙的水平地面上做无滑滚动,除了重力和地面支持力以外,小球显然还会收到地面给它一个静止在水平地面上的物体,受到重力、地面的支持力还有压力一个物体静止在地面上,支持力将重力平衡了,为什么它还对地面有压力用水平力推水平地面上的一个物体,物体仍然静止不动,对于物体这时的受力情况,它除了有重力,地面的支持力,推力,摩擦力,之外关于碰撞动量守恒问题粗糙的地面上有两个小球,一个小球以速度V向前运动,另一小球静止在地面.当两小球相互碰撞,动量是否守恒在距离地面某高处,将一个小球以速度V0沿水平方向抛出直至落地,抛出时小球的动能等于重力势能,设地面为参考地面,则小球落地一个重力选择下列物体只具有重力势能的是（）A.静止在高山上的石头B.张紧的弓C.沿水平地面滚动的小球D.天空中飞行的飞在粗糙的水平面上用绳子系一个小球作圆周运动,运动了1/4的圆周,摩擦力,重力,支持力,拉力做功情况一束平行太阳光垂直于水平地面MN,若一个小球在竖直平面内沿着圆形轨迹运动,那么小球的影子在地面上运动理论力学刚体的平面运动一个题.如图. 质量为M的木箱受推力F作用,在水平地面上直线运动.木箱和地面间的动摩擦因数为μ,木箱收到地面支持力是证明:在水平地面上,一个静止的物体受到重力大小等于它对地面压力大小.