输入质量、斜面角度、摩擦系数,自动画出重力、支持力、摩擦力三个分量,并实时判断物体当前处于 静止 / 即将下滑 / 正在下滑 / 即将上滑 / 正在上滑五种状态之一。还附带「临界角自求」和「最小推力」两种反向求解模式。
从物理图像看:静止时两表面"嵌"得更紧,分子间接触面积大;一旦开始滑动,接触点来不及"咬合",有效接触减少,所以动摩擦系数一般比静摩擦系数小 10%–30%。这正是本工具"刚好下滑"和"已下滑"用不同系数的原因——临界瞬间用 μₛ,开始滑动后摩擦力跳变到 μₖ。
当物体在斜面上不受推力且即将开始下滑时,重力沿斜面的分量刚好等于最大静摩擦:mg·sinθ = μₛ·mg·cosθ。两边约去 mg·cosθ(不为零),得到 tanθc = μₛ。本工具在「反求临界角」模式下输入 μₛ,会直接显示 θc = arctan(μₛ)。
摩擦力始终阻碍相对运动或相对运动趋势。当 F < mg·sinθ,物体趋势是下滑,摩擦力沿斜面向上;当 F > mg·sinθ,物体趋势是上滑,摩擦力沿斜面向下。在"静止"状态下,摩擦力大小 = |mg·sinθ − F|,只要不超过 μₛ·mg·cosθ 就行。这正是本工具状态栏里"即将上滑"与"即将下滑"分界的地方。
当物体处于静止(合力为零)时,mg、N、f 三个矢量头尾相接恰好回到起点,本工具会画一个闭合三角形并标"已闭合"。一旦物体开始加速,合力不再为零,三角形无法闭合——这正是牛顿第一定律的几何表达:闭合 = 平衡,不闭合 = 有净力。