淺析物理力學(xué)在工科專業(yè)中的應(yīng)用

陳鐸

摘要：力學(xué)是物理的一個分支，而物理是一切工科專業(yè)的基礎(chǔ)。對于工科專業(yè)的學(xué)生來說，其基礎(chǔ)課程中一個非常重要的組成部分就是力學(xué)，也是工科專業(yè)學(xué)生理論課與專業(yè)課之間的樞紐，很多工程技術(shù)難點(diǎn)都需要借助于物理力學(xué)的相關(guān)知識來解釋，對于任何一個物理現(xiàn)象來說，力學(xué)現(xiàn)象是無處不在的，物理力學(xué)在工科專業(yè)中的重要作用也由此體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：物理力學(xué)；工科；應(yīng)用

前言

物理力學(xué)是一門開展與物體機(jī)械運(yùn)動一般規(guī)律有關(guān)知識的學(xué)科，這也是各個力學(xué)學(xué)科分支的基礎(chǔ)所在，作為現(xiàn)代工程技術(shù)理論基礎(chǔ)，其主要特點(diǎn)是在開展相關(guān)問題分析的過程中，注重邏輯推理的嚴(yán)格性及相關(guān)概念的確切性，并且主張應(yīng)用公理體系來對相關(guān)力學(xué)理論進(jìn)行演繹，在實(shí)際的開展教學(xué)的過程中，其注重學(xué)生創(chuàng)新思維能力、邏輯思維能力及解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，這也與大部分工科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)相一致，這也是物理力學(xué)能夠在工科專業(yè)中廣泛應(yīng)用的重要因素。

一、物理力學(xué)與工科專業(yè)的特點(diǎn)

通常情況下，在大學(xué)學(xué)科設(shè)置的過程中，物理專業(yè)與工科專業(yè)存在著密不可分的聯(lián)系，將物理理論作為基礎(chǔ)，將工科專業(yè)的相關(guān)知識作為依托，從而在實(shí)際的教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)理工結(jié)合。這也是因為隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于人才的需求有了明顯的改變，需要能夠理論聯(lián)系實(shí)際的人才，那么學(xué)校在進(jìn)行人才培養(yǎng)的過程中，就注重理學(xué)基礎(chǔ)知識與學(xué)生實(shí)驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，這也是很多綜合性高校當(dāng)前的人才培養(yǎng)現(xiàn)狀，在強(qiáng)化理學(xué)基礎(chǔ)知識教學(xué)的同時，注重學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。而在大量的理學(xué)學(xué)科當(dāng)中，物理力學(xué)是一個非常重要的分支，其在學(xué)生邏輯思維能力、分析和解決問題能力培養(yǎng)方面所發(fā)揮的作用不言而喻，與其他理學(xué)知識所不同的是，物理力學(xué)既具有基礎(chǔ)理論的特點(diǎn)，又具有工程應(yīng)用的特點(diǎn)，物理力學(xué)的學(xué)習(xí)，不僅有利于學(xué)生開展后續(xù)材料力學(xué)、電動力學(xué)等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，也可以將其直接應(yīng)用于解決實(shí)際力學(xué)問題當(dāng)中，其在整個高等院校工科專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)當(dāng)中都占據(jù)著非常重要的地位。

二、物理力學(xué)在工科專業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用

1、螺線管磁場計算

螺旋管中磁場的計算不僅是解決實(shí)際問題的基本前提，更是實(shí)際工程應(yīng)用中產(chǎn)生電磁場的一種基本器件。無限長螺旋管和有限長螺旋管軸線磁場的分布都是大學(xué)物理學(xué)中螺旋管磁場計算的主要集中磁場，大多數(shù)學(xué)生在其計算過程中由于磁場計算的精確性以及繁瑣性并不能夠獨(dú)立完成，很多時候都無法對此進(jìn)行精確計算。此時，數(shù)值計算軟件的應(yīng)用可以避免一系列繁瑣的計算，同時能夠更加直觀的對矢量圖解進(jìn)行了解，引導(dǎo)大學(xué)生能夠運(yùn)用相應(yīng)的物理知識對此進(jìn)行分析，從而培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)際相結(jié)合的能力。

圖中的模型是螺旋管產(chǎn)生磁場的二維簡化模型。

2、電磁感應(yīng)加熱問題

感應(yīng)加熱由于在法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用，所以其加熱速度快、效率高、無公害等優(yōu)點(diǎn)在金屬熔煉、感應(yīng)燒結(jié)以及感應(yīng)熱處理等工程中都具有廣泛的應(yīng)用。交變磁場、電磁感應(yīng)等理論知識體系都是電磁感應(yīng)加熱所涉及到的相關(guān)理論，具有相當(dāng)重要的研究價值。但是本階段的知識積累對該問題很難得到精確解決。利用數(shù)值計算軟件 ANSYS 可避免繁雜的計算，同時又可得到直觀形象的矢量圖解，加深學(xué)生對物理問題直觀現(xiàn)象的認(rèn)識。

為了避免磁場在變化的過程中最終形成的焦耳熱對導(dǎo)體本身形成的影響，導(dǎo)體自身會利用焦耳熱對自身導(dǎo)體進(jìn)行加熱，而焦耳熱的產(chǎn)生主要是由于磁場的變化在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電流，繼而感生電流在閉合回路中流動時會產(chǎn)生相應(yīng)的焦耳熱。由于感應(yīng)加熱渦流場在結(jié)構(gòu)、結(jié)合形狀以及材料性質(zhì)變化上具有一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致應(yīng)用于電磁場計算的各種解析方法，例如分離變量法、保角變換法、鏡像法和格林函數(shù)法等難以準(zhǔn)確地、有效地解決工程中的電磁感應(yīng)加熱問題。然而素質(zhì)拓展平臺以 ANSYS 有限元軟件進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱的數(shù)值求解，讓學(xué)生用學(xué)過的物理知識對結(jié)果進(jìn)行合理解釋，培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力[2]。

3、旋轉(zhuǎn)磁場及其應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)磁場在很多領(lǐng)域都具有非常廣泛的應(yīng)用，如：電磁攪拌領(lǐng)域、發(fā)電機(jī)領(lǐng)域、普通異步電機(jī)領(lǐng)域，其主要原理是通過大學(xué)物理電磁學(xué)部分來開展定性解釋。在開展物理教學(xué)的過程中，引進(jìn)旋轉(zhuǎn)磁場的相關(guān)內(nèi)容，不僅利于學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解，還利于提升學(xué)生對于工程的認(rèn)知，從而更有利于理解一些比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象。

結(jié)束語

由此可見，物理學(xué)知識在工科中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛并且非常重要，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中還需盡量避免只注重知識學(xué)習(xí)而忽視實(shí)際操作的情況，盡量能夠達(dá)到理論與實(shí)際的結(jié)合。運(yùn)用所學(xué)知識創(chuàng)造更高的財富，為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]林年添，趙俐紅，支鵬遙，楊思通. 工科院校地球物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)模式的構(gòu)建及其實(shí)施策略[J]. 佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2014，12：68-69.

[2]李麗，馬崇庚，潘娜娜. 工科背景下應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2016，25：157-158.endprint