河北保定第一中學　曹逸凡

力學在生活中的應用探討

河北保定第一中學曹逸凡

力學研究本身來源于日常生活規(guī)律的總結，生活中有許許多多的現(xiàn)象都可以用力學解釋，在教科書上往往沒有較多實際的應用教學。學習就是要學以致用，這樣才能使理論知識得以運用提升。本文就是從現(xiàn)實生活出發(fā)，舉例分析力學的運用。其中包括圖解和數(shù)據(jù)分析。最終說明只要用力學的觀點觀察生活，就會發(fā)現(xiàn)生活中處處有力學的存在。

力學是和生活關系最緊密的物理學科內容之一，在我們的生活之中力學是無處不在的。只要我們經(jīng)常用力學的眼光看生活就會得到許多現(xiàn)象的根本原因，在學習完力學的一些知識后我們也應該將其運用到生活之中，只有學以致用才是真正掌握了知識。接下來將舉例分析。

1　現(xiàn)實中江河和水庫中大壩的結構力學分析

江河和水庫大壩橫截面如1圖所示。

圖1　

從圖1中我們可以看出它們的結構主要是一個上窄下寬的形狀。但其中兩者還有不同點，就是在江河的堤壩中迎水面是緩坡而水庫堤壩擋水面是陡坡。

首先分析其上大下小的力學原理，無論是江河的堤壩還是水庫的堤壩，都修成上窄下寬的目的是為了達到“三防”的效果。三防主要是防水壓、防滲透、防滑動。水壓的計算方式是P=ρgh，從壓強的公式可以看出堤壩的下方因為水深度的增加導致壓強增大，那么單位面積上的受力就隨之增加了，所以水底的截面積增加就是為了承受壓力的增加。更大的水壓會增加大水的滲透作用，所以增大截面積的另一方面就是要防止水的滲透。大的截面積可以增加摩擦，這樣就可以防止水的壓力大于地面可以提供的摩擦力而發(fā)生的移動。

圖2　

圖3　

江河里的水是流動的，所以其所受到的沖擊力主要是朝下游的，其中水對堤壩的作用力是壓力，如圖2所示中的受力力分析。根據(jù)受力分析來看,F（x）=Fsinθ，F(xiàn)（y）=Fcosθ，所以從公式中可以看出堤壩受力較大的方向是垂直向下的方向，受力較小的方向是水平壓力。因此對于江河上的堤壩，迎水面的坡度減緩可以加大水給予堤壩垂直向下的力，減小向外的推力，從而達到防滑的效果。

水庫的大壩受力分析參考圖3，從液體的壓強公式來看，水庫的堤壩擋水面各個單位面積所承受的壓力和水的深度成正相關，總體呈三角形的方式分布，所以總水壓大小等于三角形分布中距水底H/3的水壓大小。設水庫大壩的所受重力大小是G，重心在O’處，為了方便分析，我們假設水對大壩的總的壓力是f并且方向向外（指向大壩的外側），分析如圖4所示。

圖4　

因為受到水的壓力的作用，堤壩會受到一個以O為支點的順時針傾覆的趨勢，傾覆是力矩造成的，力矩大小等于F*H/3。然而堤壩依靠自身重力可以形成一個抗傾覆的力矩Gd。把堤壩背水一面的坡度修緩一些，這樣一來在增大自身重力的同時又可以增加力臂的長度，最終達到一個增大抗傾覆力的效果。

經(jīng)過受力分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在用料和造價相同的情況下，將江河中的堤壩的迎水面修比背水面緩可以得到更好的穩(wěn)定性。在水庫中的堤壩，將擋水面修的比背水面陡的時候可以提高穩(wěn)定性。通過堤壩的簡單例子可以發(fā)現(xiàn)，力學的分析之后，只要簡單地改變結構就可以增強結構的穩(wěn)定性。

2　浮力公式在潛水艇中的運用

分析潛水艇的運動是我們簡化相應的受力，就從垂直方向上分析浮力和重力的關系。潛水艇是通過改變自身的重力大小實現(xiàn)上升和下潛的。

根據(jù)浮力公式gV=mg=G中可以發(fā)現(xiàn)，物體所受液體的浮力等于這個物體在液體中時排出液體的體積。潛水艇自身的體積是不會改變的，所以浮力不變，但是潛水艇可以將水排出或吸入來改變自身的重力。當浮力和重力相等，潛水艇懸浮在水中，當浮力大于重力時潛水艇上浮，開始時浮力大于重力是加速上浮，但當浮力和重力之差等于阻力的時候會勻速上升。下降的受力分析與上升剛好相反，潛水艇將水吸入自身內部增加自己的重力，當重力大于浮力的時候開始加速下降，最后趨于勻速。

3　結語

只要留心觀察，我們身邊就有許多的現(xiàn)象都可以用力學解釋。不使用力學的觀點分析大多是依據(jù)經(jīng)驗，經(jīng)驗的總結有點接近事實，然而有些卻與事實相悖，只有通過力學的分析給出嚴格的證明才能推出真正的結論。力學是一門要求結合理論和實際的學科，實踐是理論的基礎，但是理論同樣還要接受實踐的檢驗。我們在現(xiàn)實生活中用力學的觀點思考就是一種無形中對力學觀點的檢驗，這必然會對我們的知識有強化和提升的作用。

[1]楊有濤.流體力學理論在流量計量中的應用[J].工業(yè)計量, 2008.(01).

[2]蘇長勝.流體力學在煤礦中的應用[J].煤礦機械,2007.(02).

[3]劉起霞,鄒劍峰,王海霞.實際工程中的流體力學[J].力學與實踐,2006.(06).

曹逸凡，男，河北保定市，1999年3月出生。