淺析高中物理在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

王一非

徐水區(qū)第一中學(xué)

淺析高中物理在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

王一非

徐水區(qū)第一中學(xué)

社會(huì)的飛躍發(fā)展讓汽車設(shè)計(jì)受到各界關(guān)注，汽車的設(shè)計(jì)是圍繞著高中物理的理論和公式進(jìn)行的，萬有引力定律、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定理、人體工程學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等都有著密切的聯(lián)系，本文就高中物理在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行淺要的分析探究。

高中物理；汽車設(shè)計(jì)；運(yùn)用

汽車的設(shè)計(jì)屬于工業(yè)設(shè)計(jì)的一種，在現(xiàn)代社會(huì)較為常見，汽車設(shè)計(jì)與高中物理息息相關(guān)，空氣動(dòng)力學(xué)是根據(jù)汽車在行駛過程中，對(duì)所受空氣阻力的計(jì)算，踐行車身的設(shè)計(jì)；人體工程學(xué)是根據(jù)人在駕駛或乘坐汽車的時(shí)候，座椅和車內(nèi)空間構(gòu)造對(duì)人的舒適程度進(jìn)行設(shè)計(jì)；機(jī)械能守恒定律是在汽車受到外力沖擊的時(shí)候，能夠進(jìn)行動(dòng)能或勢(shì)能的轉(zhuǎn)化使其平穩(wěn)行駛；那動(dòng)能和萬有引力定律則是通過重力和汽車運(yùn)動(dòng)能量展開探究設(shè)計(jì)。因此，汽車的設(shè)計(jì)與高中物理息息相關(guān)。

1.高中物理知識(shí)對(duì)汽車設(shè)計(jì)的影響

高中物理不僅對(duì)我們的生活奠定了理論基礎(chǔ)，并且為城市建設(shè)和汽車設(shè)計(jì)產(chǎn)生了積極影響。汽車行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能，與外界的能量相互制約、相互影響，力學(xué)的理論在汽車運(yùn)動(dòng)中充分體現(xiàn)，因此在汽車設(shè)計(jì)中需要結(jié)合高中物理理論和公式進(jìn)行分析實(shí)踐。汽車的重量和重心的高度是影響汽車在空氣中阻力大小的關(guān)鍵，通過降低重心達(dá)到減少空氣摩擦力的方法，對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)平衡非常重要。再者力學(xué)方面是高中物理的一個(gè)大的知識(shí)板塊，無論是剎車時(shí)的阻力因素，還是車輪與地面的摩擦力因素，都是圍繞高中力學(xué)的基本理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，增加汽車設(shè)計(jì)研發(fā)的合理性。在汽車爬坡時(shí)，需要降低速度，增加牽引力，P=Fv，根據(jù)參照物進(jìn)行相對(duì)力的計(jì)算，增大爬坡力和抓地力。這都將成為高中物理知識(shí)影響汽車設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要素，對(duì)汽車設(shè)計(jì)起到了不可替代的物理作用。

2.高中物理知識(shí)對(duì)汽車設(shè)計(jì)發(fā)展的作用

高中物理知識(shí)中力學(xué)占到了很大一部分，因此，高中物理的定律與汽車設(shè)計(jì)有較大的關(guān)聯(lián)性。汽車的設(shè)計(jì)發(fā)展和進(jìn)步離不開基礎(chǔ)的物理要素，物理要素是不會(huì)變化的，要圍繞物理要素進(jìn)行設(shè)計(jì)才是合理有效的，在基礎(chǔ)不變的情況下，通過對(duì)物理學(xué)的研究，從而提高汽車的性能，在和力的作用下能夠設(shè)計(jì)更加創(chuàng)新性的環(huán)節(jié)，提高汽車的性能，并且利用高中物理，如黃金分割點(diǎn)、環(huán)保能源等方面，提高對(duì)汽車美觀性的設(shè)計(jì)和對(duì)汽車環(huán)保高性能的設(shè)計(jì)，對(duì)汽車設(shè)計(jì)的發(fā)展和創(chuàng)新進(jìn)步產(chǎn)生積極作用。

3.高中物理知識(shí)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（1）空氣動(dòng)力學(xué)與汽車設(shè)計(jì)

空氣動(dòng)力學(xué)是圍繞空氣阻力和物體運(yùn)動(dòng)的力進(jìn)行研究，汽車在運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)受到空氣阻力的影響，需要降低汽車的重心，減少空氣對(duì)汽車的阻礙，形成力的相互作用的物理變化，因此在設(shè)計(jì)汽車外形和底盤的時(shí)候，要注重對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的分析和設(shè)計(jì)。氣流在行車過程中是一個(gè)重要的反作用力，氣流的流動(dòng)對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)過程占到主要影響，利用空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)汽車設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)踐和分析，是重要的提取因素，保證汽車運(yùn)行前進(jìn)的穩(wěn)定性。

（2）人體工程學(xué)與汽車設(shè)計(jì)

人體工程學(xué)是圍繞人的特性進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)的重要理論，是以人為本的人性化設(shè)計(jì)理念，從而進(jìn)行對(duì)人的運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)過程中的效果測(cè)定或效能的規(guī)律性。人體工程學(xué)包括了關(guān)于人體承受的心理、生理等要素，在汽車設(shè)計(jì)中，主要起到了對(duì)駕駛員和乘坐者的舒適安全設(shè)計(jì)。汽車駕駛員在正常駕駛的過程中，座椅的位置和角度設(shè)計(jì)都會(huì)造成一定程度的駕駛影響，這不僅關(guān)乎舒適程度，對(duì)于行車安全也是較大的意義。

（3）機(jī)械能守恒定律與汽車設(shè)計(jì)

機(jī)械守恒定律是汽車運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)重要因素，機(jī)械能是指的動(dòng)能和勢(shì)能，在機(jī)械能總量沒有發(fā)生變化的前提下，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，形成汽車運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力量。汽車本身的動(dòng)能和勢(shì)能只有相互轉(zhuǎn)化才能保證汽車行駛平穩(wěn)，總的動(dòng)量保持穩(wěn)定不變，而是在不受外力影響的前提下，汽車自身的能量發(fā)生轉(zhuǎn)變，來轉(zhuǎn)化為汽車行駛的動(dòng)力，從而成為循環(huán)動(dòng)力，在汽車設(shè)計(jì)中，注重對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能的設(shè)計(jì)測(cè)試，保障力的守恒，這就是機(jī)械能守恒定律在汽車設(shè)計(jì)中的意義。

（4）動(dòng)能定律與汽車設(shè)計(jì)

動(dòng)能是機(jī)械能的一種，也是汽車運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的最主要能量，動(dòng)能是通過物體運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)化為一種動(dòng)力能量，其公式為Ek=mv2/2，是在汽車設(shè)計(jì)中重要的依據(jù)，可以通過動(dòng)能來檢測(cè)汽車重量和形狀的合理要素。其中m是汽車的質(zhì)量，v是汽車的行駛速度，Ek則代表汽車在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的動(dòng)能。因此，在汽車設(shè)計(jì)和運(yùn)行測(cè)試的過程中，對(duì)汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)化的計(jì)算和測(cè)試是保障汽車在售后運(yùn)行時(shí)，保障安全的一大重要因素。

（5）萬有引力定律與汽車設(shè)計(jì)

汽車和地面或物體之間相互吸引、相互排斥，這種隱性奇特的力量被稱為萬有引力，也泛指地球上所有的物體都具有萬有引力。汽車在行駛過程中，和其他汽車會(huì)形成萬有引力，汽車之間的距離和汽車的大小將會(huì)決定萬有引力的高低。不僅汽車之間存在萬有引力，所有的汽車都會(huì)受到地心引力的影響，也是萬有引力的主要因素，在汽車設(shè)計(jì)過程中，要把這些萬有引力的影響和要素都考慮進(jìn)去，將會(huì)大大減少車禍的發(fā)生。

汽車在產(chǎn)生萬有引力的時(shí)候，其公式是F=G（m1m2）/r2。其中，F(xiàn)代表的是汽車與其他物體產(chǎn)生的引力，G代表萬有引力常量，m1表示汽車的質(zhì)量，m2表示另外的物體質(zhì)量，r代表兩個(gè)物體之間的距離。萬有引力定律應(yīng)用在汽車設(shè)計(jì)中是基礎(chǔ)，也是保障汽車在行駛過程中，避免與物體或其他車輛發(fā)生碰撞的重要研究因素。

結(jié)語

汽車的設(shè)計(jì)無論從外形、功能、內(nèi)飾、機(jī)械等方面都和高中物理知識(shí)息息相關(guān)，只有符合自然規(guī)律的設(shè)計(jì)才是人們生活中的必需品。汽車設(shè)計(jì)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，高中物理知識(shí)是汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的理論依據(jù)，理論結(jié)合實(shí)際變量的變化和進(jìn)步，都是物理守恒定律、能量定律的指引下，通過不斷的計(jì)算和測(cè)試，讓汽車在不斷的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中使汽車設(shè)計(jì)不斷進(jìn)步，為我國的汽車設(shè)計(jì)做出巨大貢獻(xiàn)。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2014年（05）

[2]陳曉輝.淺析科學(xué)概念在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].湖南永州職院理工電子學(xué)院,2015年（02）