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(鄭州市第一中學(xué))

對物理力學(xué)進行了簡單介紹，從摩擦力、壓力、合力以及重力幾個方面，對物理力學(xué)原理在土木工程的應(yīng)用展開了深入的分析探討，希望能給高中生在物理力學(xué)學(xué)習(xí)方面一定的參考，并使其在學(xué)習(xí)物理的過程中也對物理力學(xué)知識在土木工程中的應(yīng)用具備一定的認(rèn)識。

土木工程 高中物理 力學(xué)原理

土木工程是國家建設(shè)的基礎(chǔ)行業(yè)，而力學(xué)作為一種從初中便開始學(xué)習(xí)的知識，在物理學(xué)科中的內(nèi)容所占比例較大，同時，力學(xué)原理和知識在土木工程中也有十分廣泛的應(yīng)用，甚至可以說是土木工程的基礎(chǔ)。基于此，文章以筆者在物理力學(xué)學(xué)習(xí)過程中獲得的相關(guān)知識為基礎(chǔ)，就物理力學(xué)在土木工程中的應(yīng)用展開詳細探究。

一、物理力學(xué)的概述

力學(xué)其本質(zhì)就是物體與物體之間的相互作用，當(dāng)一個物體受到一個作用力時，說明此時還有一個施加該作用力的物體，前者為受力物體，后者為施力物體。從力學(xué)的效果和性質(zhì)出發(fā)則可以將力分為兩類，其中效果力包括支持力、壓力以及阻力、動力、支持力以及拉力等；性質(zhì)力則主要包括電磁力、摩擦力、分子力以及重力等。在高中物理中的力學(xué)原理就是研究力的分解、合成以及平衡，該部分內(nèi)容是物理力學(xué)的基礎(chǔ)，也貫穿于整個物理力學(xué)中。

物理力學(xué)原理在土木工程中的應(yīng)用則主要體現(xiàn)在建筑力學(xué)上。建筑力學(xué)可以進一步分為結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)和理論力學(xué)三部分。其中材料力學(xué)主要是對土木工程結(jié)構(gòu)的傳力和受力的研究，核心內(nèi)容為如何實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；材料力學(xué)則是對土木工程中材料在各種外力作用下所產(chǎn)生的各種應(yīng)力、強度以及剛度等內(nèi)容的研究，核心內(nèi)容為土木工程中使用何種材料以保障質(zhì)量；理論力學(xué)則是主要研究土木工程中各個物體在作用力下的平衡問題，核心內(nèi)容為如何保障建筑物的穩(wěn)定。但無論是材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)還是理論力學(xué)都是在物理力學(xué)原理的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，屬于力學(xué)原理的一個具體應(yīng)用。

二、力學(xué)原理在土木工程的具體應(yīng)用

(一)摩擦力的應(yīng)用

摩擦力是物理力學(xué)中最為常見的一種力的類型，而在我們的日常生活中，摩擦力則是存在于生活的各個方面，甚至可以說這個世界上如果沒有了摩擦力，整個世界都不可能繼續(xù)運轉(zhuǎn)。在土木工程中力學(xué)原理的應(yīng)用，摩擦力則是最為廣泛的部分。例如，施工人員在施工中使用滑輪將土木施工中材料吊起的動力，就是摩擦力轉(zhuǎn)變而來。此外，在土木工程的施工中，摩擦力的應(yīng)用也具體體現(xiàn)在提升建筑物的穩(wěn)定性上，通過將建筑中各個接觸面的壓力增大，繼而產(chǎn)生更大的重力和摩擦力作用，達到建筑工程穩(wěn)定性提升的效果。對于土木工程而言，將摩擦力充分合理地應(yīng)用其中，是工程建設(shè)水平提升的一個標(biāo)志，可有效減少對施工材料的磨損，并確保施工效果，同時也可提升建筑的安全穩(wěn)定性，因此，摩擦力在土木工程中起著不可取代的作用。

(二)壓力的應(yīng)用

壓力是高中物理力學(xué)中另一種最為常見的一個類型的力，而我們所學(xué)習(xí)的壓力、重力等多種形式的力，則是現(xiàn)代土木工程建設(shè)的理論基礎(chǔ)所在，也是不斷推進土木工程發(fā)展的基礎(chǔ)性知識。物理力學(xué)中的壓力原理在土木工程的應(yīng)用和摩擦力有很大的相似，也是用于對建筑物穩(wěn)定性的提升，同時還有助于工程施工范圍的拓展。例如，在橋梁架設(shè)工程中，施工人員便需要通過對橋梁和橋墩受到壓力的情況進行測量，來判斷橋梁的穩(wěn)定性。在橋梁建設(shè)完成后，施工人員還需要通過對壓力的測量以判斷建設(shè)質(zhì)量。

(三)重力的應(yīng)用

重力是物理力學(xué)中基礎(chǔ)的力之一，其原理也是在土木工程中應(yīng)用最多的物理學(xué)原理之一?；趯χ亓Φ挠嬎?，可幫助施工人員確定在土木施工的過程中各個階段施工材料的不同作用。同時重力作為土木工程中評斷施工質(zhì)量的一個重要的指標(biāo)，在具體的土木工程建設(shè)也中也可結(jié)合壓力，對建筑質(zhì)量進行測量。例如在土木工程施工材料的運輸上，便可以利用對重力和反作用力的結(jié)合計算，調(diào)節(jié)材料運輸?shù)臒o用功率和有用功率之間的關(guān)系，繼而起到節(jié)約運輸成本的目的。

(四)合力的應(yīng)用

能量守恒是物理力學(xué)原理中的基礎(chǔ)，同時也是物理力學(xué)原理在土木工程中利用的主要體現(xiàn)所在。例如，可通過對建筑物不同結(jié)構(gòu)合力的計算來判斷建筑的穩(wěn)定性，選擇最為經(jīng)濟合理的材料。以下通過一個實際案例，就物理力學(xué)中合力在土木工程的應(yīng)用進行介紹：

拱橋在我國具有很長的存在歷史，同時也是我國在世界上的名片之一，而拱橋作為我國最古老土木工程的代表作之一，如何將幾塊石塊疊在一起，保障其平衡和穩(wěn)定，則是充分將物理力學(xué)原理應(yīng)用于其中。如圖1所示為一簡單的拱橋結(jié)構(gòu)的示意圖，假設(shè)該拱橋由四塊石塊拼接而成。對第一塊石塊進行受力分析，假設(shè)第一塊石塊的重力為G1，其受到兩個壓力和一個重力保持平衡，兩個壓力分別為底座的支持力F0和第二塊石塊的壓力F21，通過正交分解進行計算，可知F0=1.15G1、F21=0.67G1。然后，對其第二塊石塊進行分析，如圖3所示為其受力分析圖，其受到第一塊石塊的和第三塊石塊的壓力F12、F32和自己的重力G2，基于受力平衡通過正交分解對其進行計算得知F12=1.2G2、F32=7.13G2。第三塊和第四塊與第一塊和第二塊對稱受力情況相似。通過以上對每一塊石塊受力情況的分析，便可以選擇最大受力值作為承載力的最小設(shè)計值。此處沒有將車輛和行人的重力考慮其中，但原理一致，因此也可用于對橋梁最大載重的計算。這些都是物理力學(xué)中力學(xué)原理在其中的具體應(yīng)用。

三、結(jié)論

綜上所述，高中物理力學(xué)原理是建筑力學(xué)理論的基礎(chǔ)，而高中物理力學(xué)中摩擦力、壓力、重力以及合力都在土木工程建設(shè)中具有十分重要的應(yīng)用，是土木工程建設(shè)的理論基礎(chǔ)。筆者從高中生角度，以自身所學(xué)習(xí)到的高中物理力學(xué)知識和了解到的土木工程知識出發(fā)，提出了一些自己的觀點和看法，希望能給和我一樣的高中生在物理力學(xué)學(xué)習(xí)方面提供參考，并在未來工作后能夠?qū)W(xué)到的相關(guān)力學(xué)原理更好地應(yīng)用到土木工程中，為我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提升做出自己的貢獻。

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