生活物理：超市防盗磁扣的自锁与解锁原理分析

1 引言

居家抗疫期间，除了按时直播讲课，其他时间都十分无聊，只能用手机打发时间。在百无聊赖之际，微主偶然发现一条很有意思的视频，介绍的是超市防盗磁扣的锁定和解锁原理。相信看过这条视频的人们，都对超市防盗磁扣的锁定和解锁原理都能有一定的了解。

微主看过视频之后，可能与多数人的感觉略有不同。微主发现视频中对防盗磁扣的内部结构介绍的十分清楚，但是对防盗磁扣的自锁原理含糊其辞，有隔靴搔痒之感。估计视频的制作者对高一物理第三章的摩擦力部分没有学明白吧。

2 磁性锁扣的自锁原理

如下图所示，锥形金属凹槽内的钢钉被金属球夹持着，忽略钢钉、钢球的重力作用。如果给钢钉一个向下的拉力F，则钢钉将给钢球一个向下的摩擦力0.5F，同时给钢球一个水平方向的压力。

对钢钉运用三力平衡条件，对钢球利用杠杆平衡原理，若要将钢钉自锁，则需要满足如下关系式

解方程组可得

文献显示，钢材与钢材之间的摩擦因数在0.10~0.15之间。苛刻起见，取钢钉与钢球之间的摩擦因数为0.10，则若要实现钢钉摩擦自锁，θ角必须小于或等于11.42°。锥形金属凹槽的顶角必须小于或等于22.84°。

当锥形金属凹槽的顶角必须必须小于或等于22.84°时，施加在钢钉上的拉力将不会大于拔出钢钉所需要克服的最大静摩擦力，即钢钉处于摩擦自锁状态，无法拔出。

原来，超市里面使用的防盗磁扣是利用摩擦自锁原理设计的，在满足摩擦自锁的条件下，理论上再大的力也不可能将钉子拔出。

3 磁性锁扣的解锁原理

既然超市防盗磁扣是利用摩擦自锁原理防盗的，为什么命名为防盗磁扣呢？

实际上，虽然钢钉自锁的时候没有用到磁场方面的知识，但是钢钉解锁的时候却需要用到磁场。只需要将一块强磁铁靠近防盗磁扣的上面，强磁铁就会将钢球和压在钢球上的铁环一同吸起，钢球离开钢钉，自锁现象消失，钢钉就会自然解锁。

4 温馨提醒

此文仅用于高中物理的教师教学研究和课堂教学拓展，切勿将文中涉及到的知识和技术用于非法用途。

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