力學臨界值初探

高雨辰

摘要：在物理學視域下，力學臨界值一直都是限制物體所承受作用力的重要指標，關系著物體的存在形態(tài)及能量分布。任何物體都存在著力學臨界值，當物體受力強度小于其力學臨界值物體不會產(chǎn)生任何形態(tài)上的變化，但是物體的能量分布不再均勻，呈現(xiàn)變化趨勢。當物體受力強度大于物體力學臨界值時，物體會發(fā)生形變及斷裂，其蘊含能量也會集中釋放。鑒于此，本文就力學臨界值問題展開詳細探討，并提出相應思路，以供廣大讀者借鑒。

關鍵詞：力學臨界值；物理形態(tài)；問題研究

一、力學臨界值問題與臨界條件

受力臨界是物體受力時所普遍出現(xiàn)的現(xiàn)象，無論物體受力大小如何，從客觀角度上人們總是要考慮到其受力臨界問題。一般而言，物體受力的變化與物體具有的能量變化是密切相關的，物體受到力的作用，其所具有的能量都會增大，并且其能量分布會呈現(xiàn)出相應的變化趨勢，而這種變化與物體的受力大小成正比。當物體受力超過物體的受力極限時，物體就會發(fā)生形變，而伴隨著物體物理形態(tài)的變化，物體因受力所集聚的能量就會釋放，以此來維持物體形變后的狀態(tài)。對于物體的受力臨界值探討，首先就要明確什么是“臨界條件''，簡言之物體的臨界條件就是物體從一種物理狀態(tài)轉換到另外一種與先前物理狀態(tài)不同的物理狀態(tài)時，中間物理變化發(fā)生過程中的轉折點稱之為“臨界點''，而“臨界條件''就是物體在發(fā)生物理形態(tài)變化之前趨于變化發(fā)生時所處的狀態(tài)叫做''臨界條件''。在高中物理視域下，其物理題一般出現(xiàn)諸如“剛好''、“恰好出現(xiàn)''、“恰好不出現(xiàn)”都可看做是物體受力的臨界條件。臨界條件不僅是高中物理解題的關鍵環(huán)節(jié)，也是現(xiàn)實物體受力發(fā)生物理形態(tài)變化的關鍵因素。從理論角度來看，物體如果進行物理變化首先要具備各種引導性因素，在各種因素條件的引導下物體才能達到臨界調(diào)節(jié)，物體只有超過臨界條件達到物理形態(tài)變化發(fā)生所允許的臨界值物體才能過渡到另外一種物理狀態(tài)，其變化過程是伴隨著能量的曲線增長與遞減而發(fā)生的，臨界值可看做物體在發(fā)生變化蘊含能量的最大峰值，臨界條件就是物體受力產(chǎn)生能量變化的狀態(tài)，二者相互依存，不可分割?；蛟S我們可以從分析的角度來看，物體“臨界條件”是物體達到臨界值的基礎，而物體在臨界值所產(chǎn)生的物理形態(tài)變化只有物體在具備臨界條件后才能發(fā)生，所以說二者是相互依存，且不可相互轉化和分割的，必須從客觀分析的角度來看。

二、力學臨界值的解析方法

一般而言，分析物體受力的臨界值問題需要采用相應的分析方法，因為不同的物體受力大小是不同的，其受力所產(chǎn)生的物理形態(tài)變化也是多種多樣的。對于單獨受力的物體我們可以相對直觀的進行受力分析，只需要建立相應的受力分析圖即可。但是對于復雜的受力問題我們需要采用整體法和隔離法進行分析，因為很多物體在不同的受力條件下會形成相互作用的力學系統(tǒng)，面對這些受力力學系統(tǒng)我們就要辨明相應的分析對象，找到問題的關鍵點，進而進行分析。

比如在解決力學問題時，我們所面對的不是單一的受力物體，而是由許多物體共同組成的力學系統(tǒng)，這時我們就要采取隔離法進行分析。就是把各個物體隔離開來，對各個物體的受力情況分別加以分析，在根據(jù)各個物體的受力情況和運動情況應用牛頓定律和運動學公式，列出相應方程組，求出相應答案。但是面對復雜的力學系統(tǒng)問題，采用單一性的隔離方法很難達到預期的效果，解決的過程也是相對繁雜的，甚至面對一些非常態(tài)相的受力分析，使用隔離法也無從下手。這時就需要用整體法，即把整個力學系統(tǒng)當做一個整體，將力學系統(tǒng)作為研究對象進行受力分析，再通過列出相應的方程，求得答案。這樣做是將整體性的思維帶入到力學系統(tǒng)當中，將整體力學系統(tǒng)看作一個受理整體，找到相應的研究對象，從而讓復雜的問題簡單化。整體法是從局部到全局性的思維過程，是系統(tǒng)論經(jīng)常運用到的方法，在力學中有著廣泛的應用，它的優(yōu)點在于通過整體法分析物理問題，可以弄清力學系統(tǒng)的整體受力情況，從整體上揭示事物的受力情況和運動變化規(guī)律，避開了中間反復的推算，能夠靈活多變的解決問題。

整體法是將整個的力學系統(tǒng)作為研究對象，進行相應的受力分析。隔離法是把分析的物體從相關的力學系統(tǒng)中剝離出來，將單獨的受力物體作為研究對象，只分析該研究對象以外的物體對該對象的作用力，不考慮研究物體對其他物體的作用力。這種方法的優(yōu)點可快速弄清單個物體的受力情況，運算處理相對簡單，易于理解，在分析力學系統(tǒng)的部分受力狀況時，可采用隔離法，這樣能夠使復雜的問題簡單化，快速地求得答案。

三、力學臨界值問題的解決思路

一般力學中解決臨界問題首先就要分析臨界狀態(tài)，均采用極端分析法進行相關問題分析，把問題中的物理量推向極致，就會暴露出物體受力變化的過程。比如說相對滑動，繩子繃直，與接觸面脫離，這些都是相對臨界問題，這些需要分析相應的臨界狀態(tài)。所謂臨界狀態(tài)一般是物體及將要發(fā)生質(zhì)變時的狀態(tài)，也就是未發(fā)生質(zhì)變時的狀態(tài)，此時物體所受的運動常見有比如；平衡狀態(tài)，勻變速運動及圓周運動等，需要具體問題具體分析，找到物體的物理變化過程。其次要找出臨界條件。例如；相對滑動與相對靜止的臨界條件是靜摩擦力達到最大值，繩子松弛的臨界條件是繩子拉力為零，相互接觸兩個物體將要脫離的臨界條件是相互作用的彈力為零，這需要找到物體相應臨界條件其受力變化所達到的極值，依據(jù)物體受力的極值變化列出相應的狀態(tài)方程。

四、結語

對不同的力學臨界問題，要采用不同的分析方法，即可按照一般性的思路探究不同物體的受力狀態(tài)，通過“物體隔離”和“整體分析”找到物體的受力狀態(tài)，找到物體的臨界條件。對于簡單的物體受力分析，采用一般性的隔離方法即可。對于復雜性的力學系統(tǒng)，要運用整體思維，對力學系統(tǒng)進行整體分析，直接跳過中間環(huán)節(jié)，找到力學系統(tǒng)的變化規(guī)律。

參考文獻：

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