張應(yīng)遷 付 磊 文華斌 李 良 羅云蓉

（四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川 自貢643000）

0 引言

力學(xué)是最早產(chǎn)生并獲得發(fā)展的科學(xué)之一。人們?cè)谏蓜趧?dòng)中，創(chuàng)造了一些簡(jiǎn)單的工具和機(jī)械(如斜面、杠桿等)，并在不斷使用和改進(jìn)這些工具和機(jī)械中，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，從經(jīng)驗(yàn)里獲得知識(shí)，形成了力學(xué)規(guī)律的起點(diǎn)。我國(guó)古代在“墨經(jīng)”、“考工記”、“論衡”、“天工開(kāi)物”等書(shū)籍中，對(duì)于力的概念、杠桿原理、滾動(dòng)摩擦、材料的強(qiáng)度等方面的知識(shí)都有相當(dāng)多的記載。

19世紀(jì)以前，力學(xué)是物理學(xué)的主導(dǎo)。從19世紀(jì)末開(kāi)始，力學(xué)與物理學(xué)有了明確的分工，力學(xué)研究宏觀現(xiàn)象，物理研究微觀或宇觀現(xiàn)象。物理為基礎(chǔ)學(xué)科，力學(xué)帶有技術(shù)的性質(zhì)。當(dāng)然，隨著科學(xué)的發(fā)展，兩者必有融合之處。

20世紀(jì)以來(lái)，與航空工業(yè)及其他技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)，力學(xué)的許多專門(mén)分支如彈塑性理論、流體與氣體動(dòng)力學(xué)、非線性振動(dòng)理論、自動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論、陀螺儀理論、變質(zhì)量力學(xué)和飛行力學(xué)等各方面都取得了迅速發(fā)展和巨大成就。20世紀(jì)力學(xué)發(fā)展的特點(diǎn)是出現(xiàn)了大批新的邊緣學(xué)科，力學(xué)正在越來(lái)越多地滲入其它有關(guān)學(xué)科中。

1997年錢(qián)學(xué)森首次提出“工程力學(xué)走過(guò)了從工程設(shè)計(jì)的輔助手段到中心主要手段的過(guò)程，不是唱配角而是唱主角了”這樣振奮人心的口號(hào)。

力學(xué)是必須理論聯(lián)系實(shí)際的；一方面是精深的力學(xué)理論,另一方面是工程實(shí)際急待解決的問(wèn)題。必須以理論去解決實(shí)際問(wèn)題，要得到在生產(chǎn)第一線工作的工程師的歡迎。萬(wàn)萬(wàn)不可只發(fā)表論文，不解決實(shí)際問(wèn)題，讓工程師們覺(jué)得有你沒(méi)有你一個(gè)樣!怎樣做到理論聯(lián)系實(shí)際?必須深入實(shí)際。但到了現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)際就在眼前，你也可能抓不到問(wèn)題的要害。原因何在?缺少分析洞察問(wèn)題的能力!怎樣培養(yǎng)分析洞察問(wèn)題的能力?

知識(shí)是能力的基礎(chǔ)、能力是知識(shí)的運(yùn)用。力學(xué)主要培養(yǎng)以及鍛煉人的觀察能力、建模能力以及提煉問(wèn)題能力。

1 案例收集

人們常說(shuō)“處處留心皆學(xué)問(wèn)，人情練達(dá)即文章”，主要是強(qiáng)調(diào)要留心周?chē)氖挛?。其?shí)力學(xué)并不遙遠(yuǎn)，力學(xué)就在身邊。大到宇宙、星系，小到細(xì)部、粒子；遠(yuǎn)至古代文物，近至家長(zhǎng)里短；深?yuàn)W到衛(wèi)星原理和星系演化，優(yōu)雅到詩(shī)畫(huà)欣賞?？梢哉f(shuō)無(wú)一不涉及到力學(xué)[1]，而一旦涉及到力學(xué)又有相應(yīng)的話題。案例收集可以從以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1.1 留心日常生活中的力學(xué)現(xiàn)象

要收集整理和力學(xué)相關(guān)的案例素材，一定要做生活的有心人，仔細(xì)留心周?chē)睢亩庞锌赡馨l(fā)現(xiàn)其中和力學(xué)相關(guān)的現(xiàn)象。比如摩擦，提到摩擦，一般想到是阻礙物體運(yùn)動(dòng)，耗損結(jié)構(gòu)的動(dòng)能，大多想到摩擦是有害的。其實(shí)，摩擦又是和人類關(guān)系最密切的，一旦沒(méi)有了摩擦力，人類就無(wú)法行走，只能像溜冰一樣滑來(lái)滑去；又比如下雨、下雪天，汽車(chē)車(chē)輪容易打滑，轉(zhuǎn)彎的時(shí)候一般都要減速等等都是日常生活中和摩擦相關(guān)的問(wèn)題。再比如日常生活中常見(jiàn)的開(kāi)瓶器，開(kāi)瓶器的基本原理就是利用自鎖原理，以很小的體積與力就可以拔起塞得很緊的瓶塞。通過(guò)對(duì)這一類問(wèn)題的整理，可以從日常生活當(dāng)中整理出大量實(shí)例，便于理論力學(xué)教學(xué)的展開(kāi)[2]。

1.2 留心新聞報(bào)道

2013年6月4日上午，國(guó)航一架執(zhí)飛成都—廣州航班的波音757飛機(jī)在起飛后不久，飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)罩在數(shù)千米高空被撞出一個(gè)大凹洞，機(jī)組隨后立即決定返航，在半個(gè)小時(shí)后航班安全回到成都雙流機(jī)場(chǎng)，事件未造成人員傷亡。該實(shí)例生動(dòng)形象的闡明了“鳥(niǎo)撞”問(wèn)題，通過(guò)該實(shí)例不但可以說(shuō)明碰撞的巨大破壞力，還能引申解釋為什么機(jī)場(chǎng)周?chē)荒莛B(yǎng)鳥(niǎo)以及機(jī)場(chǎng)為何有專門(mén)的驅(qū)鳥(niǎo)部門(mén)等；2007年8月12日，在位于陜西南路和南昌路交叉路口的上海地鐵10號(hào)線建設(shè)工地，一輛正在作業(yè)的吊車(chē)突然側(cè)翻，一名工人被砸傷。這名傷者在被送往醫(yī)院途中因失血過(guò)多死亡。該實(shí)例說(shuō)明吊車(chē)操作人員必須要懂得必要的力學(xué)知識(shí)，否則吊裝過(guò)程中的安全事故就不可避免。工程施工中在起吊重物時(shí)，有嚴(yán)格的操作過(guò)程，通常有“十八不吊”的安全要求，特別是在起吊大型構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行力學(xué)的平衡計(jì)算，否則釀成吊車(chē)的翻倒事故。通過(guò)每天大量的新聞瀏覽和閱讀，可以收集整理大量的和力學(xué)相關(guān)的工程案例。對(duì)于理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程案例教學(xué)是相當(dāng)有裨益的。

2 案例力學(xué)模型的提煉

有了大量的貼近生活、工程的力學(xué)案例，怎樣提煉其中的力學(xué)模型，這也對(duì)從事力學(xué)教學(xué)的教師提出了更高的要求。比如液壓汽車(chē)起重機(jī)吊臂的受力簡(jiǎn)化，將油壓缸筒簡(jiǎn)化為二力桿，汽車(chē)底盤(pán)簡(jiǎn)化為鉸支座。如果忽略吊臂自重的情況下，這樣吊臂的受力就可簡(jiǎn)化為三力匯交平衡。通過(guò)列平衡方程或者采用力的三角形都能比較容易的得到油壓缸筒以及汽車(chē)底盤(pán)的受力，從而可以指導(dǎo)起重機(jī)吊臂的設(shè)計(jì)和制造。通過(guò)分析還可以研究油壓缸筒在升舉過(guò)程中，得到汽車(chē)底盤(pán)受力與油壓缸筒長(zhǎng)度關(guān)系的曲線，從而可以優(yōu)化汽車(chē)底盤(pán)的受力。另外，還可以研究吊臂采用的截面型鋼與吊臂受力變形等的關(guān)系，以及油壓缸筒可能會(huì)發(fā)生的屈曲、后屈曲等工程問(wèn)題。可見(jiàn)，哪怕是針對(duì)一個(gè)常見(jiàn)的工程實(shí)例，要提煉其中的力學(xué)模型也不是一件容易的事。它涉及到很多基本的概念，包括約束的抽象、受力的簡(jiǎn)化等。而工程實(shí)際的約束問(wèn)題要根據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)抽象簡(jiǎn)化，它沒(méi)有一成不變的[3]。比如內(nèi)燃機(jī)活塞連桿，可能在xoy面內(nèi)，兩端的約束要簡(jiǎn)化成鉸支；而在yoz面內(nèi)，有一端的約束又要簡(jiǎn)化成平面的固定端，另一端簡(jiǎn)化成鉸支。又比如集中力，嚴(yán)格說(shuō)不存在真正意義上的集中力，如果有的話，該點(diǎn)的應(yīng)力就會(huì)變得無(wú)窮大。而實(shí)際上，很多工程上的載荷又經(jīng)常簡(jiǎn)化成集中載荷。只有當(dāng)這些載荷所在的幾何尺寸相比于整個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸而言小得多的情況下，這種簡(jiǎn)化假設(shè)才是合理、可行的。在比如剛體，絕對(duì)不變形的物體是找不到的。只有當(dāng)物體的變形相比于它原來(lái)的幾何尺寸小得多的情況下，才可以把這種物體簡(jiǎn)化為剛體；當(dāng)物體的變形不能忽略的情況下，剛體假設(shè)不在適應(yīng)，這時(shí)要考慮引入變形體的概念。

3 結(jié)語(yǔ)

工程案例力學(xué)原理的整理及提煉可以說(shuō)一項(xiàng)比較浩大的工程，需要長(zhǎng)時(shí)間的積累和凝煉，需要耗費(fèi)較多的人力和物力，不是一朝一夕能夠速成的。但是這又是一件很有意思的事情。通過(guò)工程案例的整理和提煉，可以提高力學(xué)教師的業(yè)務(wù)能力和授課質(zhì)量，還可以開(kāi)闊視野，增強(qiáng)綜合能力；對(duì)學(xué)生而言，可以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，自覺(jué)推動(dòng)和維護(hù)社會(huì)正能量[4]。

［1］武際可.拉家常ffamp;說(shuō)力學(xué)[M].北京,高等教育出版社,2008.

［2］陳文.理論力學(xué)課程教學(xué)改革的實(shí)踐與體會(huì)[J].河南科技,2014(8)：274-275.

［3］金春花,曹小建,許薇.緊跟時(shí)代步伐的理論力學(xué)教學(xué)改革研究[J].中國(guó)電力教育,2014(14)：140-141.

［4］孔祥清,翟城,等.淺談普通二本高等院校理論力學(xué)的教學(xué)改革[J].力學(xué)課程報(bào)告論壇,2014(7)：81-82.