额,突然想起这个问题,百度一番却得到很多事实而非的答案。我的观点是做功。
人走路时摩擦力是否做功呢?根据这句话,我们可以看出这里的“人”指的是一个整体或系统,而非脚。所以,此时人的运动不可等同为脚的运动,而应该等同为重心的运动。人走路双脚交替支撑用力,当脚相对地面有向前滑动趋势时,摩擦力向后,反之向前。因为人作为一个系统,是相对于地面向前运动的,所以我们可以粗略的认为摩擦力与人的后蹬力的水平方向分力大小相等,方向相反。即摩擦力向前,而脚虽未与地面有相对位移,但人的重心相对于地面向前运动。所以,摩擦力做正功。
为了加深理解,可以举这样一个例子。在绝对光滑的水平面上,立一根质量分布均匀的长杆,当长杆倒下时,长杆的重心会如何运动?答案是重心从一半高度,垂直落于水平面。因为在水平方向上长杆没有受到任何作用力。但如果不是光滑水平面呢?若长杆向前倒下,则底部一定受到向前的摩擦力,此时长杆重心前移距离也就是长杆的位移,所以摩擦力做正功。
这个例子,与人走路十分相似,同样是接触面未发生相对位移,但系统重心发生位移。而判断一个物体是否有位移,最重要是判断其重心而不是接触面。
其次,驳一下楼上回复的观点,在楼上的回复中提到“汽车靠地面的摩擦力做成功而获得能量,汽车也可以不用燃料了。”这种说法是错误的。汽车轮胎是一个滚动过程,轮胎与地面的接触面会相对于地面向后运动,则地面对汽车摩擦力向前,因此摩擦力做正功。而这个摩擦力与轮胎向后转动的力是一对作用力与反作用力。如果没有轮胎转动,也不会有这个摩擦力存在。自然汽车也就不会向前运动。所以,汽车向前运动的能量来源于汽车轮胎的转动,没有燃料也可运动一说不成立。
不少人认为:人从静止走动起来动能增加是地面摩擦力对人做功的结果,因为人是靠地面摩擦力作用而走起来的,而且地面给人的摩擦力方向与人行走的方向一致,所以摩擦力对人做功使人动能增加。这种说法对不对呢?首先我们运用能量转化和守恒的观点就可知这是不对的。假若地面的摩擦力对人做正功,依据能量观点可知,这意味着地面向人体输入能量,人可以不吃饭,不需要从食物中获取能量就可以走动起来了。按这样推理,汽车也可以靠地面的摩擦力(后轮受的摩擦力方向与汽车前进方向相同)做正功而获得能量,汽车也可以不用燃料了,只需地面供给汽车能量就可以前进了。这显然是违反能量转化和守恒定律的。
究竟人走路时地面摩擦力做不做功呢?这要从功的定义和人走路的具体过程去分析。我们知道:人的走路过程是脚蹬地─抬脚─迈步,脚蹬地时地面摩擦力作用在脚上,但脚没有离地也就没有位移,脚一旦抬起迈步,摩擦力随之消失。根据功的定义:功=力×力作用的质点的位移,可以断定,无论脚蹬地时还是迈步时,摩擦力做功都等于零。可见人行走前进并非地面摩擦力做功,而是人体内肌肉的力(人体内力)做功的结果。人走动时动能的增加是人体内部生物化学能转化而来的。也许人们会问:如果说摩擦力不做功,可是没有地面摩擦力,人便不能行走,这又如何解释呢,这是因为地面摩擦力为人体肌肉施力做功提供了条件,使人体内力做功得以实现。所以人走动必须依靠地面摩擦力,至于摩擦力是否做功,只能根据功的定义确定。
不做功,是静摩擦力!做功是要力在力的方向上发生位移才做工。
有