力学在生活中的应用

1、力学在生活中的应用创作：欧阳学时间：2021.03. 03通过这几天教授们的讲解，不仅使我明白了自己专业 的发展方向，同时也让我明白了力学在生产生活中的遠要 性，生命本来就充满了无数的巧合，不记侮是哪位教授说 过“不是你选择了力学，而是力学选择了你”，或许我能 来到这个专业，遇到这些同学和教授们就是一种缘分，珍 惜这缘分，同时去热爱一个专业。力学是一门基础科学， 它所阐明的规律带有普遍的性 质.为许多工程技术提供理论基础。力学又是一门技术科 学，为许多工程技术提供设计原理，计算方法，试验手 段.力学和工程学的结合促（吏工程力学各个分支的形成和 发展.力学按研究对象可划分为固体力学、流体力学和一

2、般 力学三个分支.固体力学和流体力学通常采用连续介质模 型来研究；余下的部分则组成一般力学.属于固体力学的 有弹性力学、塑性力学，近期出现的散体力学、断裂力学 等；流体力学由早期的水力学和水动力学两个分支3匚合而 成，并衍生出空气动力学、多相流体力学、渗流力学、非 牛顿流体力学等；力学间的交叉又产生粘弹性理论、流变 学、耗动弹性力学等分支.力学在工程技术方面的应用结 果则形成了工程力学或应用力学的各种分支，诸如材料力 学、结构力学、土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料 力学、天体力学、物理力学、等离子体动力学、电流体动 力学、磁流体力学、热弹性力学、生物力学、生物流变 学、地质力学、地球动力学

3、、地球流体力学、理性力学、 计算力学 等等。教授们研究的方向覆盖了力学大部分分支，这也给了 我们继续深造的有利条件，有的时候看着教授们的研究成 果和所做的项目也会想，是不是有一天自己也能完成这样 的工作。从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力 学，直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学 家科学素质、科学精神 以及科学思维的有形体现。随着科 技的发展，社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领 域。物理学作为一门最基础的自然学科，贯穿着人类文明 的发展历程，从远古燧人氏钻木生火到如今的信息1匕社会 的理设，都少不了物理的参与。燧人钻木取火的基本原理 正是摩擦生热原理，在热量积蓄到一

4、定程度时就可以使木 头与氧气发生剧烈反应产生火焰。而物理在如今的生活中 拥有着更加广泛的应用，小到我们的生活，大至航空航 天，人走路是利用了鞋与地面的摩擦力，向后蹬是给地施 加了一个向后的作用力，然后由于物体间作用力是相互 的，所以地也给人一个向前的作用力。给气球充上密度比 空气小的气体，如氢气、一氧化碳，代球就会受到空气对 它的向上的大于其本身重力的力，然后我们就看到气球飞 向空中。因为重力，我们无论离地面多远，都不必担会在太 空中飘浮，终有落到地面的时刻。又因为莹力，人类想要 飞的梦想还没实现，而飞船卫星的起飞是花费的巨大的能 量才克服重力的影响。当别人用手打你肩膀的时候，你 受到了他给你

5、的作用力，但是你的肩膀也打了他。两个力 是相同的，只不过因为压强的不同，产生的效果也就不一 样。力学知识在日常生产、生活和现代科技中应用非常广 泛，主要有 (1) 体育运动方面：如跳高、跳水. 体操、 铅球、标枪等；(2)天体物理方面：如天体的运行、一 些星体的发现、人类的太空活动等；(3)交通安全方 面：汽车制动、安全距离、限速等。1. 重力的应用 我们生活在地球上，莹力无处不在。如工人师傅在砌墙时， 常常利用重锤线来检验墙身是否竖 直，这是充分利用童力的方向是竖直向下这一原理；羽毛 球的下端做得重一些，这是利用降低莹丿使球在下落过程 中保护羽毛；汽车驾驶员在下坡时关闭发动机还矣邑继续滑 行

6、，这是利用重力的作用而节省能源；在农业生产中的抛 秧技术也是利用童力的方向竖直向下。假如没有黄力，世 界不可想象，水不芳邑倒进嘴里，人们起£兆后无法落回地 面，飞舞的尘土会永远漂浮在空中，整个自然界将是一片 混浊。在讲授童力时，要让学生展开热烈的讨论，充分挖 掘学生的想象力，知道重力与我们的生产生活实际密切相 关。2. 摩擦力的应用摩擦力是一个遠要的力，它在社会 生产生活实际中应用非常广泛。如人们行走时，在光滑的 地面上行走十分困难，这是因为接融面摩擦太划、的纟彖故； 汽车上坡打滑时，在路面上撒些粗石子或垫上稻草，汽车 就能顺利前进，这是靠增大粗糙程度而增大摩擦力；鞋底 做成各种花纹

7、也是增大接融面的粗糙程度而增大摩擦；滑 冰运动员穿的滑冰鞋安装滚珠是变滑动摩擦为滚动摩擦， 从而减少摩擦而增大滑行速度；各类机器中加润滑油是为 了减小齿轮间的摩擦，保证机器的良好运行。可见，人类 的生产生活实际都与摩擦力有关，有益的摩擦要充分利 用，有害的摩擦要尽量减少。3. 弹力的应用 利用弹力可进行一系列社会生产生活 活动，力有大小、方向、作用点。如高大的建筑需要打牢 基础，桥梁设计需要精确计算各部分的受力大小；拔河需 要用粗大一些绳子，防止拉力过大导致断裂；高压线的中 心要加一根较粗的钢丝，才能支撑较大的架设跨度；运动 员在瞬间产生的爆发力等等。力学在日常生活中扮演着董要甬色，同样力学也

8、在工 程设中有着至关重要的地位。人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓箭、房 屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单的结构。随着社会的 进步，人们对于结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐 渐有了认识，并且积累了经验，这表现在古代建筑的辉煌 成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济 桥、北京故宫等等。尽管在这些结构中隐含有力学的知 识，但并没有形成一门学科。随着人类的进步发展，人们逐渐从这些结构和实践中 总结经验，发展成现代的力学理论与方法。这些理论和方 法几乎被应用 到了没所有的领域。建筑的发展和力学是密不可分的，可以说没有可靠的 力学与结构分析就没有安全而又实用的优秀理筑。尤其是 对于现代

9、理筑的意义更为童要，每一座好的理筑在理造前 都要通过很多次的实验验证与安全评估，否则将产生诸多 不好的后果，损失难以估计。首先是建筑结构的合理性， 如何在实际情况下选取合适节省材料的结构方式完成工程 很童要。尤其要考虑到安全因素，从整体的静力分析到有 线单元的桁架与混泥土结构、再到外部环境因素，如风载 荷、地震波、特殊场地的特殊设计要求等，这些都是我们 要关注的。其次是飕筑物材料的选取应得当，这对理筑物质量和 性能将产生本质的影响。不同的材料有着不同的强度、刚 度、稳定性及疲劳破损等，在工程应用中要通过各种计算 和软件建筑工程申请认证及实验进行模拟，使材料在实际 环境中安全正常的工作，如上图便

10、是对房屋桁架的测试。 如何用最少的材料理造最安全实用的房屋是有一套完整有 序的过程的，通过对理筑结构模型的力学分析，如它的抗 弯能力、实用载荷大小、弹性性能、震动要求等。尤其在 一些大型桥梁建筑中使用的钢结构梁和拉杆等，在长期的 负载作用下如何保持结构的受力均衡和稳定，在理造过程 中的步骤和难点都应该预计的到，如钢筋5昆泥土的选择， 斜拉杆的分布及个数的多少，这些都对工程的施工和寿命 有影响。所以做工程理造前必须有着严密的计算分析与可 離.出现情况的充分准备及解决方案，这是每个工程理设人 员必备的素养。最后是对工程实际环境的考察和科学估计。如高原与 平原的不同。高山与土层的分布、风载荷地震雨水冷湿等 自然因素的考量。有些甚至要考虑到特殊的人文需要，如 理造地铁，我们必须避开高大理筑层和易塌方段，理在核 电站的理筑等等，在这些工程结构中体现出一个有一个特 殊的规范和要求，如左图的青藏铁路理设，为了保证铁路 地基的长年冷冻状态， 在铁路两旁的地基中插入了数千根 散热棒，否则地基会有于长期的工作解冻坍塌裂缝等只是铁轨受力不均，进而可能造 成不可预计