淺析高中物理知識在生活中的轉(zhuǎn)化

陳珂

摘要人類在經(jīng)歷了多年的發(fā)展后，總結(jié)出眾多的學(xué)科，如：生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地理學(xué)、政治經(jīng)濟(jì)學(xué)等。僅物理學(xué)科中人們在經(jīng)歷了多種實(shí)驗(yàn)與觀察后，推導(dǎo)出在自然界中普遍適合的科學(xué)定律——能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律。這一定律的發(fā)現(xiàn)，成功的將自然界中的各種自然現(xiàn)象以定律的形式充分表現(xiàn)出來，并探明了各種現(xiàn)象之間的公共量度——能量。能量的概念是科學(xué)中最重要的一個(gè)理念，也是物理學(xué)中的主要問題之一，在我們的生活中這種能量守恒的案例比比皆是。筆者將以自身的實(shí)際研究和探索來闡釋這一定律。

關(guān)鍵詞能量守恒；物理學(xué)；自動升降；上床下桌

能量是一種看不見摸不著的東西，面對這種神奇的東西人們把能量分成電能、化學(xué)能、機(jī)械能、光能等。這些不同形勢的能量之間是能夠轉(zhuǎn)化的。動能與勢能的總和是機(jī)械能，而勢能又分為彈性勢能、重力勢能這兩種。動能與勢能之間是能夠相互轉(zhuǎn)化的。通過3年的物理知識學(xué)習(xí)，深知在我們生活中能量是能夠轉(zhuǎn)化的，一個(gè)物體不僅具有動能、又具有勢能。如：飛行中的飛機(jī)由于自身的運(yùn)動具有一定的動能，但是由于飛機(jī)身處高出而具有一定的勢能。

1動能與勢能之間的相互轉(zhuǎn)化分析

1.1動能和重力勢能之間的相互轉(zhuǎn)化

動能與勢能之間是能夠?qū)崿F(xiàn)相互轉(zhuǎn)化的。但是這種轉(zhuǎn)化主要是發(fā)生在物體只受到重力作用的時(shí)候的運(yùn)動過程中產(chǎn)生的。最簡單的案例就是當(dāng)我們用一根細(xì)線懸掛一個(gè)小球，然后將小球拉到某一個(gè)合適的高度后松開，小球就會產(chǎn)生自由擺動的效果。通過對擺動小球的觀察不難發(fā)現(xiàn)：小球在從最低點(diǎn)向上進(jìn)行運(yùn)動的時(shí)候，由于受到重力的影響，速度逐漸減慢，并隨著高度的增加運(yùn)動的速度變得更加緩慢。從動能與勢能的轉(zhuǎn)化角度來看，擺動的小球其動能逐漸減小、重力勢能逐漸增加，此時(shí)動能轉(zhuǎn)化為重力勢能；當(dāng)小球運(yùn)動到最高點(diǎn)的時(shí)候，小球的速度變?yōu)榱?，動能也隨之消失成為零，此時(shí)小球的重力勢能和最大的。由此可以分析：細(xì)線懸掛的小球從最高點(diǎn)再向下進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，小球的高度逐漸降低，其速度逐漸增加，此時(shí)小球的重力勢能由最高點(diǎn)時(shí)的最大值逐漸減小，而小球的動能是逐漸增加的，此時(shí)重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；當(dāng)小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，小球的速度是最大的，而重力勢能是最小的。

1.2動能和彈性勢能之間的相互轉(zhuǎn)化

動能與彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化不僅能夠發(fā)生在同一物體上，還能夠發(fā)生在不同的物體之間。較為明顯的事例為：從高處落下的皮球，當(dāng)它與地方發(fā)生撞擊的時(shí)候，皮球就會發(fā)生彈性形變，此時(shí)皮球的動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能；當(dāng)皮球結(jié)束與地面的接觸后恢復(fù)原狀，在此過程中它的彈性勢能也隨之轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。再如：拉開的弓，在將箭射出去的同時(shí)拉彎的弓具有加強(qiáng)的彈性勢能，射出去的箭具有較強(qiáng)的動能，此時(shí)弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化為間所具備的動能。

1.3機(jī)械能和其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化

我們生活中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化不會是這么簡單，不會只是動能與重力勢能之間的相互轉(zhuǎn)化，也不會只是動能和彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化，應(yīng)該是動能、重力勢能、彈性勢能和其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，例如：蹦極的游戲，游戲者將一根有彈性的繩子系在身上，另一端固定在高處，從高處跳下來。在質(zhì)量不變的情況下，動能的變化取決于速度的變化，從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，速度從慢到快，再到慢，所以游戲者的動能先變大后變小，到最低點(diǎn)時(shí)，動能為零；重力勢能的變化取決于高度的變化，高度越來越低，故游戲者的重力勢能一直在減??；彈性勢能的變化取決于彈性形變的大小變化，從最高點(diǎn)到彈性繩自然下垂時(shí)繩下端的位置，繩子自然下垂，未發(fā)生彈性形變，故沒有彈性勢能。從彈性繩自然下垂時(shí)繩下端的位置到人所到達(dá)的最低點(diǎn)的位置，繩子發(fā)生了彈性形變，具有彈性勢能，在最低點(diǎn)，繩子的形變最大，故繩子的彈性勢能最大。

2生活中能量的轉(zhuǎn)化實(shí)例——自動升降上床下桌

2.1實(shí)例分析

高中時(shí)由于房間過小，一直坐在床上寫作業(yè)。我便想使用那種家具店很流行的上床下桌來解決這個(gè)問題。我當(dāng)時(shí)的身高已經(jīng)長到了1.68，父親轉(zhuǎn)了好幾個(gè)北京城的家具商場以及淘寶網(wǎng)店，發(fā)現(xiàn)上床下桌床的高度均在1.50米左右，這就意味著學(xué)習(xí)的時(shí)候是不能站直的，那么，能不能有一種床可以上下升降的上床下桌呢？答案是不管實(shí)體店還是網(wǎng)店，均沒有這樣產(chǎn)品，于是，我和父親商定，我們自己來設(shè)計(jì)和改造。

第一步：選定款式。雖然實(shí)體店和網(wǎng)店都沒有我所需要的這種床，但是絕大多數(shù)的網(wǎng)店還是支持定制的，然而網(wǎng)店所謂的定制也就只能是定制床的高度，長度等，并不能解決升降的問題。

第二步：確定升降的方案。我和父親構(gòu)想了多種的升降方案，既要考慮升降的便利性，安全性，又要考慮升降的幅度和美觀度，我們開始聯(lián)想到鋁合金門窗的配件——風(fēng)撐，這種裝置的原理是把床往上托舉到一定高度，再往下稍微一降，風(fēng)撐自動鎖住，再往上一抬，風(fēng)撐自動解鎖，床可以下降至原來的位置，由于這種裝置的升降幅度只有15cm，且強(qiáng)度有限，放棄了。后來我們考慮用氣彈簧，氣彈簧就是通過壓縮氣體而產(chǎn)生的推力，我們平常的可升降的電腦座椅，吧臺座椅就是使用的這種彈簧。在淘寶網(wǎng)店上，聯(lián)系了多家氣彈簧的廠家，當(dāng)我們向他們索取氣彈簧的彈性曲線的時(shí)候，居然沒有一家能提供準(zhǔn)確的特性曲線，賣家只能按照客戶定制的推力（通常指伸張過程的推力）來配置氣壓，當(dāng)詢問商家氣彈簧在壓縮和伸張過程中，推力的變化有多大差別時(shí)，商家回答模棱兩可，或者吹噓的回答相差不大，太不專業(yè)了。我們先把定制的上床下桌的尺寸告訴商家，并讓商家告訴我們，往上升的這部分床的重量，再加上原先有的床墊，被褥等合計(jì)出整體重量，再將整體重量除以2（采用兩根氣彈簧），就是氣彈簧的推力。于是我們選擇了一家口碑不錯(cuò)的電商，當(dāng)我們興致勃勃的收到定制的氣彈簧進(jìn)行壓力測試的時(shí)候，氣彈簧在伸張過程中的推力的確是我們定制的推力，但壓縮過程中的推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于伸張的推力，乃至于我父親100公斤的體重都難以壓下去，這勢必將導(dǎo)致當(dāng)我往下拽床的時(shí)候，床未必能降下來，無奈棄之。最后我們選擇了電動推桿，亦即在兩邊床頭的中間位置，安裝兩根電動推桿，那么如何才能保證床在升降的過程中，確保床不會出現(xiàn)傾斜呢？我們在4只床腿的連接部位安裝軌道，就是櫥柜抽屜的軌道，由于軌道的兩頭不在同一個(gè)平面上，我們在軌道的一頭墊了一塊木板，確保軌道在垂直平面上伸縮，保證了4只床腿平行升起。我們按照預(yù)定的方案，網(wǎng)購了4只櫥柜軌道，2只電動推桿，上床下桌通知了商家，按照設(shè)計(jì)的尺寸位置，將4條腿鋸斷發(fā)貨。endprint

第三部：組裝。先將上床下桌組合好，在4只斷腿的位置安裝軌道，最后安裝電動推桿，由于各種條件的限制，安裝過程還是頗費(fèi)一番周折，不過在大家的共同努力下，電動升降床組裝成功，現(xiàn)在我每天放學(xué)回家，習(xí)慣的打開電源，床在12s之內(nèi)升高20cm，在睡覺之前將床降下，既保證了床下學(xué)習(xí)的高度，又擁有了睡覺時(shí)的上部空間。

2.2關(guān)于可電動升降床的產(chǎn)品優(yōu)化和市場推廣的思考

中國實(shí)行獨(dú)生子政策已將近30年，尤其是在大中城市，父母重視子女的教育達(dá)到了空前的高度，然而在大中城市并不是每個(gè)家庭能在學(xué)校的附近擁有自己的房產(chǎn)，很多家庭為了孩子上個(gè)好的學(xué)校，不惜重金在學(xué)校附近購買小面積的學(xué)區(qū)房或者租房，他們將是可升降上床下桌的潛在需求者。另外，上床下桌在各大學(xué)生公寓也已經(jīng)很普及了，大學(xué)生們對現(xiàn)有的上床下桌有升級的需求。首先將升降裝置進(jìn)行可市場化的改進(jìn)亦即做成一個(gè)很完美的產(chǎn)品而不是DIY，用方形的不銹鋼方管制作腔體，在腔體距離下沿15cm位置增加隔層，并在隔層的下方四周打眼，便于固定住下床腿，上床退直接在腔體里依靠推桿做上下運(yùn)動，這樣既保證了穩(wěn)定性又省去了軌道，還起到美觀的作用。

2.3市場推廣

首先要向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請專利，對產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)，關(guān)于市場化有以下幾個(gè)方案：首先，自己注冊商標(biāo)開工生產(chǎn)，同時(shí)開網(wǎng)店自行銷售。特點(diǎn)：投資大，周期長，收益預(yù)期不明朗；其次，尋找合適的家具廠家進(jìn)行合作，貼牌銷售。特點(diǎn)：風(fēng)險(xiǎn)小，效益低；最后，只生產(chǎn)升降裝置部分，自己開淘寶店，賣給家具廠家，普通客戶以及大學(xué)生用于上床下桌的改造升級。特點(diǎn)：投資小、銷量大、風(fēng)險(xiǎn)小。

筆者傾向于第三種方案并結(jié)合第二種方案，上床下桌的4腿無非就金屬和全木質(zhì)兩種材質(zhì)，且絕大多數(shù)為方形，首先搜索淘寶網(wǎng)店上床下桌腿的尺寸，無非就是4cmX4cm的金屬方管和6cmX6cm的木質(zhì)方腿，那么，我們就只需要生產(chǎn)兩種尺寸的升降裝置，既可以滿足現(xiàn)有淘寶家具廠家自行安裝在他們的產(chǎn)品上進(jìn)行銷售，又可以滿足普通家庭白行改造升級，并將合作廠家安裝完升降機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品用于我的網(wǎng)店進(jìn)行宣傳和銷售。如果我開淘寶網(wǎng)店，我一定要精準(zhǔn)的測量產(chǎn)品的各個(gè)方面的參數(shù)，充分體現(xiàn)產(chǎn)品的專業(yè)程度。

3結(jié)論

綜上所述，在生活中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化的例子還有很多，3年的物理知識學(xué)習(xí)激發(fā)了我的學(xué)習(xí)興趣。我堅(jiān)信，在有幸升入到更高一級的學(xué)府進(jìn)行學(xué)習(xí)后，我一定還能夠繼續(xù)學(xué)習(xí)和鉆研物理知識，充分發(fā)揮自己的聰明才智，將更多的發(fā)明應(yīng)用到實(shí)際市場推廣中，為促進(jìn)我國社主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、促進(jìn)和諧社會的完善貢獻(xiàn)自己的力量。endprint