如图所示,在倾角为θ的粗糙斜面上,一个质量为m的物体被水平力F推着静止于斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,且μ<tanθ,求力F的取值范围.

问题描述:

如图所示,在倾角为θ的粗糙斜面上,一个质量为m的物体被水平力F推着静止于斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,且μ<tanθ,求力F的取值范围.

当摩擦力沿斜面向下且达到最大值时,F最大,有

F1cosθ=f+mgsinθ
N=F1sinθ+mgcosθ
f=μN,
得:F1=

sinθ−μcosθ
μsinθ+cosθ
mg
当摩擦力沿斜面向上且达到最大值时,F最小,有

F2cosθ+f=mgsinθ
N=F2sinθ+mgcosθ
f=μN
得:F2=
μcosθ−sinθ
cosθ−μsinθ
mg

所以 
sinθ−μcosθ
μsinθ+cosθ
mg
≤F≤
μcosθ−sinθ
cosθ−μsinθ
mg

答:F的取值范围为:
sinθ−μcosθ
μsinθ+cosθ
mg
≤F≤
μcosθ−sinθ
cosθ−μsinθ
mg