力學(xué)在生活中的應(yīng)用

祁敏

摘 要：隨著社會的發(fā)展進步，偉大的物理科學(xué)家們通過科學(xué)實驗和思維想象為力學(xué)建起了高樓大廈。高中物理僅是物理學(xué)中的冰山一角，為了讓同學(xué)們能很好地學(xué)習(xí)、運用高中物理知識，本文從慣性定理、杠桿原理、壓強、動量定理、薄殼原理等方面闡述了力學(xué)在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用，以培養(yǎng)他們善于觀察、勤于思考、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞：力學(xué);應(yīng)用;生活

1 力學(xué)在生活中應(yīng)用目的和意義

將我們高中的力學(xué)知識運用到生活實踐當中，不僅能深化學(xué)生對所學(xué)常識的理解，而且還會養(yǎng)成他們一種勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，把力學(xué)學(xué)透、學(xué)活、學(xué)以致用。將力學(xué)知識應(yīng)用到實際生活當中，小到改造發(fā)明大到科技創(chuàng)新，總是為人類提供著各種便捷與服務(wù)。

2 相應(yīng)的定理概念

2.1 慣性定律

一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。一切物體都有保持原來不變運動狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫做慣性。

2.2 壓強

壓力作用的效果不僅與壓力的大小有關(guān)，而且跟受力面積有關(guān)。物體所受壓力的大小與受力面積之比叫做壓強。在數(shù)值上等于物體單位面積所受的壓力。公式P=FS。

2.3 大氣壓強

大氣壓強是指地球表面的空氣由于受到重力作用產(chǎn)生了大氣壓強。一般來說，晴天比陰天高，冬天比夏天高。在氣體和液體中，流速越大的位置，壓強越小。

2.4 動量定理

物體所受合外力的沖量等于物體動量的變化。（表達式為Ft=mvt-mv0）

2.5 杠桿原理

要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力矩要相等。

即：動力×動力臂=阻力×阻力臂。F1l1=F2l2

3 力學(xué)在生活中的應(yīng)用

3.1 慣性定理的應(yīng)用

如何區(qū)分生熟雞蛋，當我們不注意將生熟雞蛋混在一起，這可怎么辦，怎樣才能將它們分開？那就需要動用我們學(xué)過的物理知識之一——慣性定律。我們將這兩種雞蛋混在一起放到桌子上轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)的時候力要基本相當，轉(zhuǎn)得慢的沒轉(zhuǎn)幾圈就停下為生雞蛋;轉(zhuǎn)得較快可轉(zhuǎn)多圈的為熟雞蛋。用慣性定律如何來解釋呢？因為熟雞蛋的蛋清和蛋黃凝聚在一塊，旋轉(zhuǎn)雞蛋時，他們一起轉(zhuǎn)動且很快，能連續(xù)轉(zhuǎn)好幾圈。而生雞蛋的蛋清和蛋黃屬液體，它們之間的作用力較小，當旋轉(zhuǎn)蛋殼時，由于物體慣性的特性，這兩種物質(zhì)要保持原來靜止的狀態(tài)，不但不能立即轉(zhuǎn)動，而且還要對旋轉(zhuǎn)的蛋殼起一定的阻礙作用，所以生雞蛋慢慢轉(zhuǎn)，一兩圈就停。

3.2 菜刀上的力學(xué)知識

“刀”這件生活品，即使自己不用，家里的媽媽爸爸也要用的，她們幾乎每天都用它來切、割、砍、削食物，怎樣讓刀在她們手中能夠得心應(yīng)手，需掌握一定的力學(xué)知識，如力的分解、壓強。

3.2.1 從壓強的角度來分析

用一定壓力F切肉，若刃口越薄，與肉的接觸面就越小，由壓強公式：P=FS知。此時，產(chǎn)生的壓強就越大，越容易把肉菜切開。鋒利的刀切食材時不能用力過猛，這樣易損壞刀刃。

3.2.2 從力的分解角度來分析

（1）刀刃：刀刃可等效為頂角θ很小的三角形，當我們用菜刀切食材時，用F豎直向下作用于刀背，按照力的分解，F(xiàn)會產(chǎn)生兩個向外推劑食材且垂直刀面的作用力f1和f2。力的分解圖如圖1。

因刀刃的截面是等腰三角形，根據(jù)力的矢量法則可知，f1=f2=F2sinθ2，當θ越小，刀刃越鋒利，產(chǎn)生的f1和f2值越大，菜刀越容易切削食材。

3.3 有趣的大氣壓強

3.3.1 壺蓋為什么開孔

大家都注意茶壺的壺蓋上會有一個小孔，這個小孔有什么功效呢？我們在家里可以做一個實驗，將壺盛滿水，用手指把小孔按住，開始倒水時，水流得比較順暢，可后來水流得越來越慢，你松開手指，水流得又快了，這是因為用手指堵住小孔倒水時，壺內(nèi)的空氣變稀薄，壓強減小，內(nèi)外形成壓強差，阻礙了水的流出;當松開手指，內(nèi)外氣壓相等，水在重力作用下自行流出。所以，大家別小瞧了這個神奇的小孔。

3.3.2 飛機的升力

要了解飛機起飛過程，先要知道流體力學(xué)中的一個知識點：流速與壓力成反比。即空氣流動得越快，空氣壓力就越小，反之同理。

幾十噸重的飛機為什么能夠在空中飛行？玄妙之處是機翼，機翼截面模型如圖2，其上表面彎曲，下表面較平。

機翼模仿鳥翅膀，飛機在高空飛翔時機翼上下表面氣流速度不同，下表面流速小，則下表面產(chǎn)生的力大于上表面，總體給機翼一個向上的托力。飛機主要動力源為航空發(fā)動機，為飛機在地面滑行達到起飛速度提供推力或拉力。當飛機在跑道上加速滑行達到起飛速度時，駕駛員向后拉操縱桿，飛機升降舵向上翹，產(chǎn)生仰頭力矩，在發(fā)動機推力及機翼的升力作用下帶動飛機飛上天空。

3.4 汽車安全氣囊

汽車給我們的生活帶來了很大的便捷，但交通事故卻是潛在威脅，在交通發(fā)生事故后，怎樣盡可能地降低人員傷亡，汽車設(shè)計師在車內(nèi)安裝了安全氣囊，安全氣囊系統(tǒng)功能圖如圖3。

為了說明安全氣囊系統(tǒng)的保護過程，先了解兩個名詞，當汽車發(fā)生碰撞時，汽車和物體之間的碰撞稱為一次碰撞;一次碰撞的結(jié)果導(dǎo)致汽車速度急劇下降，由于慣性的作用，緊接司乘人員與方向盤、儀表板、擋風(fēng)玻璃等之間發(fā)生的碰撞為二次碰撞。安全氣囊在發(fā)生一次與二次碰撞之間迅速彈出，使司乘人員撲在氣袋上，避免或緩減二次碰撞帶來的危害，由動量定理可知，F(xiàn)t=mvt-mv0，當動量變化一定時，作用時間越長，產(chǎn)生的合外作用力將越小，從而達到保護司乘人員的目的。

3.5 薄殼原理的應(yīng)用

把一個雞蛋放在手里，小小的蛋殼，我們用很大力氣可能也不能把它攥碎，這是為什么呢？

我們先用蛋殼做一個小實驗，拿半個雞蛋殼凸面向上距桌面約20cm讓其豎直落到桌上，第二次將蛋殼反過來，讓凸面向下做同樣的動作，兩次比較第二次蛋殼很容易摔碎，從本實驗可知，蛋殼的凸面比凹面能承受更大的沖擊力。

薄殼原理就是應(yīng)用了蛋殼拱形結(jié)構(gòu)，由于這種拱形面能夠均勻地分散其所承受的壓力，從而減輕了局部的受力。我們利用烏龜背甲、蛋殼制造了安全帽，建筑學(xué)家模仿它們完成建筑橋梁的設(shè)計，如城門洞、趙州橋、國家大劇院、悉尼歌劇院、索菲亞大教堂等著名的拱建筑。

3.6 杠桿原理在生活中的應(yīng)用

簡單地說，杠桿就是一根在力的作用下能夠繞固定點進行轉(zhuǎn)動的硬棒。杠桿有五要素：支點、動力、動力臂、阻力、阻力臂。支點即繞杠桿轉(zhuǎn)動的點，一般用字母O表示;動力使杠桿轉(zhuǎn)動的力，一般用F1表示，動力臂為動力到支點的距離，一般用l1表示;阻力為阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力，一般用F2表示，阻力臂為阻力到支點的距離，一般用l2表示。

杠桿平衡原理：動力×動力臂=阻力×阻力臂。F1l1=F2l2

杠桿分為三類：省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。在生活中要根據(jù)不同用途進行選擇，因為杠桿不可能做到兩者兼顧。按照杠桿平衡原理，要想省力則動力臂就得長（即動力才能小），要想少移動距離則阻力臂就得短（即費力）。不同的杠桿應(yīng)用于不同的場合，常用的省力杠桿有推車、老虎鉗、瓶蓋起子、羊角錘等，費力杠桿有剪刀、釣魚竿、鑷子、筷子等，定滑輪是等臂杠桿既不省力也不費力，但可改變力的方向。

4 結(jié)語

力學(xué)在人們生活中應(yīng)用不只是上述這些，而是貫穿于整個人類社會，如果沒有把力學(xué)知識運用到生產(chǎn)實踐中，那么人類可能永遠生活在社會的初級階段，沒有進步，沒有文明。正因為如此，人類在勞動中總結(jié)經(jīng)驗，改造勞動工具，并發(fā)明創(chuàng)造，從原始的鉆木取火到發(fā)明機器，再到神舟十一號的發(fā)射、港珠澳大橋通車、“嫦娥四號”探測器成功著陸在月球背面、C919大型客機試飛成功，這些都多多少少應(yīng)用了力學(xué)知識。只要人類持續(xù)研究力學(xué)在生活、科技等方面的應(yīng)用，不久將來智能機器人等產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于人類生活，造福于人類。

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