王一非

徐水區(qū)第一中學(xué)

淺析高中物理在汽車設(shè)計中的運用

王一非

徐水區(qū)第一中學(xué)

社會的飛躍發(fā)展讓汽車設(shè)計受到各界關(guān)注，汽車的設(shè)計是圍繞著高中物理的理論和公式進行的，萬有引力定律、動能定理、機械能守恒定理、人體工程學(xué)、空氣動力學(xué)等都有著密切的聯(lián)系，本文就高中物理在汽車設(shè)計中的運用進行淺要的分析探究。

高中物理；汽車設(shè)計；運用

汽車的設(shè)計屬于工業(yè)設(shè)計的一種，在現(xiàn)代社會較為常見，汽車設(shè)計與高中物理息息相關(guān)，空氣動力學(xué)是根據(jù)汽車在行駛過程中，對所受空氣阻力的計算，踐行車身的設(shè)計；人體工程學(xué)是根據(jù)人在駕駛或乘坐汽車的時候，座椅和車內(nèi)空間構(gòu)造對人的舒適程度進行設(shè)計；機械能守恒定律是在汽車受到外力沖擊的時候，能夠進行動能或勢能的轉(zhuǎn)化使其平穩(wěn)行駛；那動能和萬有引力定律則是通過重力和汽車運動能量展開探究設(shè)計。因此，汽車的設(shè)計與高中物理息息相關(guān)。

1.高中物理知識對汽車設(shè)計的影響

高中物理不僅對我們的生活奠定了理論基礎(chǔ)，并且為城市建設(shè)和汽車設(shè)計產(chǎn)生了積極影響。汽車行駛時會產(chǎn)生動能，與外界的能量相互制約、相互影響，力學(xué)的理論在汽車運動中充分體現(xiàn)，因此在汽車設(shè)計中需要結(jié)合高中物理理論和公式進行分析實踐。汽車的重量和重心的高度是影響汽車在空氣中阻力大小的關(guān)鍵，通過降低重心達到減少空氣摩擦力的方法，對汽車的運動平衡非常重要。再者力學(xué)方面是高中物理的一個大的知識板塊，無論是剎車時的阻力因素，還是車輪與地面的摩擦力因素，都是圍繞高中力學(xué)的基本理論進行設(shè)計，增加汽車設(shè)計研發(fā)的合理性。在汽車爬坡時，需要降低速度，增加牽引力，P=Fv，根據(jù)參照物進行相對力的計算，增大爬坡力和抓地力。這都將成為高中物理知識影響汽車設(shè)計的基礎(chǔ)要素，對汽車設(shè)計起到了不可替代的物理作用。

2.高中物理知識對汽車設(shè)計發(fā)展的作用

高中物理知識中力學(xué)占到了很大一部分，因此，高中物理的定律與汽車設(shè)計有較大的關(guān)聯(lián)性。汽車的設(shè)計發(fā)展和進步離不開基礎(chǔ)的物理要素，物理要素是不會變化的，要圍繞物理要素進行設(shè)計才是合理有效的，在基礎(chǔ)不變的情況下，通過對物理學(xué)的研究，從而提高汽車的性能，在和力的作用下能夠設(shè)計更加創(chuàng)新性的環(huán)節(jié)，提高汽車的性能，并且利用高中物理，如黃金分割點、環(huán)保能源等方面，提高對汽車美觀性的設(shè)計和對汽車環(huán)保高性能的設(shè)計，對汽車設(shè)計的發(fā)展和創(chuàng)新進步產(chǎn)生積極作用。

3.高中物理知識在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

（1）空氣動力學(xué)與汽車設(shè)計

空氣動力學(xué)是圍繞空氣阻力和物體運動的力進行研究，汽車在運動的過程中會受到空氣阻力的影響，需要降低汽車的重心，減少空氣對汽車的阻礙，形成力的相互作用的物理變化，因此在設(shè)計汽車外形和底盤的時候，要注重對空氣動力學(xué)的分析和設(shè)計。氣流在行車過程中是一個重要的反作用力，氣流的流動對汽車運動過程占到主要影響，利用空氣動力學(xué)對汽車設(shè)計進行實踐和分析，是重要的提取因素，保證汽車運行前進的穩(wěn)定性。

（2）人體工程學(xué)與汽車設(shè)計

人體工程學(xué)是圍繞人的特性進行合理化設(shè)計的重要理論，是以人為本的人性化設(shè)計理念，從而進行對人的運動、活動過程中的效果測定或效能的規(guī)律性。人體工程學(xué)包括了關(guān)于人體承受的心理、生理等要素，在汽車設(shè)計中，主要起到了對駕駛員和乘坐者的舒適安全設(shè)計。汽車駕駛員在正常駕駛的過程中，座椅的位置和角度設(shè)計都會造成一定程度的駕駛影響，這不僅關(guān)乎舒適程度，對于行車安全也是較大的意義。

（3）機械能守恒定律與汽車設(shè)計

機械守恒定律是汽車運動的另一個重要因素，機械能是指的動能和勢能，在機械能總量沒有發(fā)生變化的前提下，將動能轉(zhuǎn)化為勢能，形成汽車運動的推動力量。汽車本身的動能和勢能只有相互轉(zhuǎn)化才能保證汽車行駛平穩(wěn)，總的動量保持穩(wěn)定不變，而是在不受外力影響的前提下，汽車自身的能量發(fā)生轉(zhuǎn)變，來轉(zhuǎn)化為汽車行駛的動力，從而成為循環(huán)動力，在汽車設(shè)計中，注重對動能和勢能的設(shè)計測試，保障力的守恒，這就是機械能守恒定律在汽車設(shè)計中的意義。

（4）動能定律與汽車設(shè)計

動能是機械能的一種，也是汽車運動產(chǎn)生的最主要能量，動能是通過物體運動而轉(zhuǎn)化為一種動力能量，其公式為Ek=mv2/2，是在汽車設(shè)計中重要的依據(jù)，可以通過動能來檢測汽車重量和形狀的合理要素。其中m是汽車的質(zhì)量，v是汽車的行駛速度，Ek則代表汽車在運行過程中產(chǎn)生的動能。因此，在汽車設(shè)計和運行測試的過程中，對汽車動能轉(zhuǎn)化的計算和測試是保障汽車在售后運行時，保障安全的一大重要因素。

（5）萬有引力定律與汽車設(shè)計

汽車和地面或物體之間相互吸引、相互排斥，這種隱性奇特的力量被稱為萬有引力，也泛指地球上所有的物體都具有萬有引力。汽車在行駛過程中，和其他汽車會形成萬有引力，汽車之間的距離和汽車的大小將會決定萬有引力的高低。不僅汽車之間存在萬有引力，所有的汽車都會受到地心引力的影響，也是萬有引力的主要因素，在汽車設(shè)計過程中，要把這些萬有引力的影響和要素都考慮進去，將會大大減少車禍的發(fā)生。

汽車在產(chǎn)生萬有引力的時候，其公式是F=G（m1m2）/r2。其中，F(xiàn)代表的是汽車與其他物體產(chǎn)生的引力，G代表萬有引力常量，m1表示汽車的質(zhì)量，m2表示另外的物體質(zhì)量，r代表兩個物體之間的距離。萬有引力定律應(yīng)用在汽車設(shè)計中是基礎(chǔ)，也是保障汽車在行駛過程中，避免與物體或其他車輛發(fā)生碰撞的重要研究因素。

結(jié)語

汽車的設(shè)計無論從外形、功能、內(nèi)飾、機械等方面都和高中物理知識息息相關(guān)，只有符合自然規(guī)律的設(shè)計才是人們生活中的必需品。汽車設(shè)計成為人們關(guān)注的焦點，高中物理知識是汽車設(shè)計基礎(chǔ)的理論依據(jù)，理論結(jié)合實際變量的變化和進步，都是物理守恒定律、能量定律的指引下，通過不斷的計算和測試，讓汽車在不斷的設(shè)計和實驗中使汽車設(shè)計不斷進步，為我國的汽車設(shè)計做出巨大貢獻。

[1]余志生.汽車?yán)碚揫J].北京：機械工業(yè)出版社,2014年（05）

[2]陳曉輝.淺析科學(xué)概念在汽車設(shè)計中的應(yīng)用[J].湖南永州職院理工電子學(xué)院,2015年（02）