高中力學的應用與發(fā)展探析

高夢釩

【摘要】一直以來，力學在土木工程領(lǐng)域中都有著非常重要的作用，對于當今世界的發(fā)展和建設而言，力學的應用是必不可少的。本文以高中力學為基礎，對力學的應用和發(fā)展進行了分析，并結(jié)合力學在土木工程中應用實例對高中力學更加深入全面的進行了探討。

【關(guān)鍵詞】高中力學；建筑力學；土木工程；應用與展望決定建筑質(zhì)量好壞的最基本因素就是穩(wěn)定性，而在穩(wěn)定性方面，力學的作用極其關(guān)鍵。本文以高中力學為基礎，探討了高中力學與建筑力學之間存在的聯(lián)系以及土木工程中高中力學應用與發(fā)展。

1、力學基本內(nèi)容

高中階段的物理學校中，力學是其中非常重要的一個板塊，物理學中對它的定義為物體之間的相互作用，一個物體在受到力的作用時，必然會有另一個物體在對該物體施加力。簡單來講就是有受力物就必然存在施力物，兩者之間缺一不可。除此以外，也可以根據(jù)性質(zhì)和作用效果來對力進行分類，根據(jù)力的性質(zhì)可以將其分為：重力、摩擦力、彈力、分子力等各種不同性質(zhì)的力，根據(jù)力的作用效果可以將其分為：動力、壓力、阻力、拉力等各種不同效果的力[1]。物理學的原理來自于我們的實際生活，每一個物理知識或原理在我們的生活中都可以得到應用，力學同樣如此。力學問題在實際生活中都可以通過應用力分析這種方法來進行化簡，使其能夠用于解決實際問題。

2、高中力學與建筑力學的聯(lián)系

建筑力學中包括理論力學、材料力學和結(jié)構(gòu)力學這三個部分，作為土木工程應用的基礎理論，也是依賴高中力學的基礎發(fā)展而來。在建筑力學中，理論力學研究的主要方向是分析物體受力以及在力的作用下，物體的平衡問題，是整個建筑力學中最基礎的內(nèi)容，由此可見其重要性；材料力學研究的是在外力的作用下，各種物理材料自身的變化及其應用的力學范圍等等；結(jié)構(gòu)力學則是主要研究土木工程中結(jié)構(gòu)部分的受力、傳力和優(yōu)化問題。在建筑力學中，以上三個部分各自發(fā)揮著重要的作用，并以高中力學為基礎，不斷進行拓展和應用，同時也對高中力學知識加以補充和完善。簡單來講就是由于建筑力學在實際工程問題中的廣泛應用，所以能夠總結(jié)出更多和更全面的力學原理和知識，從而不斷推動高中力學的發(fā)展。由此可見，高中力學與建筑力學之間的聯(lián)系非常緊密，高中力學是建筑力學的基礎，建筑力學則通過實際運用對高中力學進行補充和完善。

3、力學在土木工程實踐中的應用實例

在土木工程中，力學的主要作用是要保證建筑本身的穩(wěn)定性。石拱橋可以算是我國勞動人民最主要的一項指揮結(jié)晶。石拱橋堆砌的方式看似簡單，然而其穩(wěn)定性和平衡性都需要依靠力學來實現(xiàn)。下文以一個簡單的石拱橋?qū)嵗齺韺ν聊竟こ讨辛W原理的實踐應用進行介紹。

如圖1所示，假設一座由4塊勢頭構(gòu)成的石拱橋，左右兩邊結(jié)構(gòu)對稱，石塊1和石塊4分別連接左右地基，石塊2、3分別連接石塊1、4，根據(jù)力的平衡原來對其進行力學分析，首先分別對組成石拱橋的1、2、3、4號石塊進行受力分析，石塊1分別受到自身重力G1，橋基的反作用力F0以及石塊2的反作用力F21三種作用力的影響，運用正交分解法即可列出相應的方程。再對石塊2進行同樣的受力分析，石塊2受自身重力G2，石塊1反作用力F12以及石塊3反作用力F32三種力的作用影響，同樣用正交分解法列出相應方程。從結(jié)構(gòu)上來看，石塊3、4與石塊1、2對稱，可采用同樣的分析法，但需要注意方向相反，因此不需要再進行受力分析。通過以上分析可以看出，運用力的平衡原理分析每一塊構(gòu)成橋梁的石塊受力，以計算橋梁最大受力值，是保障橋梁安全性和穩(wěn)定性的主要手段。這里只是對橋梁本身的平衡性進行了研究，橋梁在實際使用過程中的負載問題也可以采用同樣的方法進行分析。

4、高中力學在土木工程領(lǐng)域的發(fā)展

在科技不斷進步的影響下，高中力學在土木工程中得到了越來越廣泛的應用和發(fā)展，并通過與建筑力學的融合，形成了如理論力學、固體力學、流體力學等多種力學理論。

理論力學中主要包括：靜力學、運動學以及動力學，可以說所有的力學分支都是在理論力學的基礎上建設而來，如果沒有這些理論作為基礎支撐，建筑力學的發(fā)展就是空中樓閣，由此可見理論力學在力學發(fā)展中的重要性。靜力力學主要研究的是：在力的作用下使物體保持平衡、建立力的平衡需要的條件和分析力的方法等內(nèi)容，研究過程中主要應用的力學原理有合成、分解和平衡等，正交分解法、三角形法則以及平行四邊形法則等則是其主要的分析方法[2]。除此以外，無論是靜力學還是動力學都會應用到萬有引力和牛頓運動定律等力學的原理，這些力學原理的基礎都是理論力學。

在土木工程中，固體力學的重要性同樣不可忽視，固體力學的主要研究對象為固體物質(zhì)，研究內(nèi)容為固體介質(zhì)受到外力、變形、溫度等因素的影響。以此同時，還可以將固體力學分解成為材料力學、塑性力學和彈性力學等，其中的材料力學是以力學的理論嚴厲作為基礎，對物體的分解、合成和平衡進行計算；土木工程建筑領(lǐng)域同時還將彈性力學這門新的學科進行了全面的應用。除此以外，固體力學中的動力學部分則是衍生于高中力學中的動力和摩擦力等。隨著當前科技的快速發(fā)展，計算機在各領(lǐng)域的應用也得到了越來越廣泛的應用，固體力學研究領(lǐng)域也開始全面應用計算機模擬系統(tǒng)和方針技術(shù)，相信在計算機計算的帶動下，固體力學的研究將會得到更加深入的發(fā)展。

關(guān)于流體力學的研究最終可以追溯到我國古代，由于其與人們的生產(chǎn)實踐練習比較緊密，因此關(guān)于流體力學的系統(tǒng)原理在很早以前就開始形成，早期的土建工程如大禹治水、都江堰等都在一定程度上對流體力學的應用有所體現(xiàn)。進入現(xiàn)代社會以后，能源需求越來越大，人們?yōu)榱藵M足對石油、天然氣的開發(fā)需求，重點對流體力學進行研究和發(fā)展，并且地下流水對建筑物的影響也可以應用流體力學的原理來測定。而流體力學的基礎就是液體平和理論和浮力，這也是高中力學的重要內(nèi)容。由此可以看出，流體力學在土木工程建設中重要性及其未來發(fā)展趨勢的實用性。

結(jié)語：

總而言之，整個土木建筑力學都是以高中力學為基礎，并通過生產(chǎn)實踐，不斷賭氣進行應用和發(fā)展，隨著當今科技的不斷發(fā)展，高中力學也在不斷與各種先進技術(shù)相融合以促進建筑力學的發(fā)展，使其能夠土木建筑領(lǐng)域提供更好的幫助，增強現(xiàn)代建筑的安全性、穩(wěn)定性和實用性。

參考文獻：

[1]李凱凝.力學在建筑工程中的有效應用分析[J].低碳世界，2016（22）：153-154.

[2]劉旭紅，董軍.力學在橋梁工程中的應用及發(fā)展趨勢[J].西南林學院學報，2000，20（3）：186-190.