淺析高中力學知識在工程中的應用

蔡旺

【摘要】力學在工程領域中的應用十分重要，它與當今世界的建設和發(fā)展息息相關(guān)。本文以高中基礎力學為出發(fā)點，簡要概括高中力學的基本知識和其在工程領域中的應用，并結(jié)合相關(guān)應用實例進行闡述。

【關(guān)鍵詞】高中力學；工程；應用

力學、電磁學等都是物理學的重要分支，牛頓力學的地位更是舉足輕重。各大到機械工程、土木工程，小到食品工程，都應用到了力學知識。無論是工廠里面的各種機器、建筑物中的各個結(jié)構(gòu)，還是汽車里面的零部件都涉及到力學的應用。正因為如此，力學在工程學中就顯得非常的重要。因此，當代高中生很有必要了解力學對人類生活的影響，尤其是力學在工程領域的應用。

1、高中力學的基本內(nèi)容

力學是物理學中的一個非常重要的部分，它表示物品和物體之間相互運動而產(chǎn)生的作用力。當一個物體受到其它物體的作用力之后，獲得速度或者發(fā)生了部分形變，就會稱之為“力”。力主要是作用于相互的物體之間。當一個物體在力的作用下發(fā)生形變后，前者稱之為施力物體，后者稱之為受力物體。所以只要物體之間是存在著力的，就肯定會存在著相互作用的兩個物體。由于力是相互作用的，所以，施力物體也是受力物體，受力物體也是施力物體。

2、高中力學在工程中的應用

2.1力學在土木工程實踐中的應用

力學在土木工程實踐中的主要作用是要保證建筑體的穩(wěn)定性。中國的石拱橋可謂是勞動人們智慧的結(jié)晶，許多石拱橋經(jīng)歷了過個世紀的風吹雨淋，依然保持穩(wěn)固，那么它的穩(wěn)定性和平衡是如何實現(xiàn)的呢？這都是力學的功勞，下面以石拱橋建筑為例，簡要介紹力學的一個具體應用。

如圖所示是由四塊石塊組成的一座石拱橋，左右的結(jié)構(gòu)對稱，與地基相連的是石塊1和石塊4，石塊2和石塊3又分別與石塊1和石塊4 塊相連。用物理學原理對這座石拱橋進行力學分析，首先對石塊1、石塊2、石塊3、石塊4分別進行受力分析，石塊1受到的自身的重力G1，地面對石塊的反作用力F0，石塊2同時對石塊1有作用力，這個力記做F21，這三個力對石塊1同時起作用，接下來再利用正交分解對石塊1列出相應的受力方程。再分析石塊2的受力作用，石塊2受到重力G2，石塊1對石塊2的作用力 F12，以及第3塊給它的反作用力 F32 ，同理可以運用正交分解法對石塊2做受力分析。石塊3和石塊4結(jié)構(gòu)與石塊1、石塊2相同，可以運用相同的分析方法，但是方向上與石塊1、石塊2受力相反。

2.2力學在材料工程中的應用

材料力學中常常會出現(xiàn)一個冷作硬化的原理的現(xiàn)象，工程中常常利用其原理以提高材料的承載能力。例如在建筑過程中，工地上常見的鋼筋與起重的鏈條，就會因為冷作硬化的現(xiàn)象使得使材料變硬、變脆，這就造成了加工發(fā)生困難，這時應采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應。而冷作硬化現(xiàn)象是力學中常常會出現(xiàn)的現(xiàn)象。所以，力學在工程中的應用還可以防止某些工程事故現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3力學在結(jié)構(gòu)可靠性工程中的應用

工程設計中有很多需要注意的事項，其中一項就是減少構(gòu)件的集中力。為了減少構(gòu)件集中力，常常應用靜不定的結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)就是靜不定結(jié)構(gòu)之一。但是溫度變化和制作誤差會靜不定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一些力量，我們將這些力量稱之為熱應力。在工程應用中，為了避免熱應力過高，有時候會在蒸汽管道中配置伸縮節(jié)，或者在鋼軌兩端留下一部分縫隙等等，之所以這樣做是因為物體熱膨脹時會受到限制力，采用這些做法可以降低溫度應力。除此之外，在實際生活應用中，在進行某些構(gòu)件的裝配中也會用到預應力。有時為了為了提高某些構(gòu)件承載能力，會將輪圈套裝在輪轂上，便于使用。螺旋彈簧在工程中也經(jīng)常用到，如車輛上的緩沖彈簧，彈簧稱中的測力彈簧等。凡此種種，都離不開力學知識。

生活中常見的某些結(jié)構(gòu)與構(gòu)件，因為其功能和使用期限的需要，對于彎曲程度有一定的要求。以生活中常見的行車為例，行車在大量起吊重物時，若其彎曲變形過大，小汽車在行駛中就會發(fā)生震動。生活中輸送管道的彎曲變形程度也通常與力學息息相關(guān)，如果輸送管道的彎曲超過一定的標準，那么輸送的物料則無法正常通過管道進行運送，就會導致輸送液體集聚并沉淀下來，同時可能會出現(xiàn)法蘭結(jié)合不密等狀況發(fā)生；同時還比如造紙過程中，如果造紙機器的軋輥的彎曲變形，那么就直接對造出來的紙張產(chǎn)生影響，甚至導致紙張的厚度達不到相應的標準，甚至成為廢品。有時候要控制構(gòu)件的變形，但一些特殊情況中有時也需要能產(chǎn)生足夠大變形的構(gòu)件。例如車輛中鋼板彈簧的使用，為了在特殊情況中減緩車輛受到的沖擊，需要大尺度的變形力；而繼電器中的簧片，在電磁力作用下會產(chǎn)生位移，只有當位移足夠大才回使得電源有效接通，有效斷開，這時也需要簧片具有足夠程度的彎曲變形。

結(jié)語：

生活中的實際工程都是以力學為基礎，力學不斷在實際的生產(chǎn)實踐中得以應用和發(fā)展。在科學技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，高中力學將融合各種先進技術(shù)并不斷促使工程的發(fā)展，提高工程的穩(wěn)定性、安全性及實用性。從而更好地服務人類社會。

參考文獻：

[1]欒赟賀.淺談高中力學的應用與展望[J].建材裝飾，2016（07）.

[2]李凱凝.力學在建筑工程中的有效應用分析[J].建筑節(jié)能，2016（22）.