祁敏

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，偉大的物理科學(xué)家們通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yùn)用高中物理知識(shí)，本文從慣性定理、杠桿原理、壓強(qiáng)、動(dòng)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(shí)運(yùn)用到生活實(shí)踐當(dāng)中，不僅能深化學(xué)生對(duì)所學(xué)常識(shí)的理解，而且還會(huì)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(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)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(shí)，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一切物體都有保持原來不變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫做慣性。

2.2 壓強(qiáng)

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(qiáng)。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(qiáng)

大氣壓強(qiáng)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(qiáng)。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(qiáng)越小。

2.4 動(dòng)量定理

物體所受合外力的沖量等于物體動(dòng)量的變化。（表達(dá)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(gè)力矩要相等。

即：動(dòng)力×動(dòng)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(dāng)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?jiǎng)佑梦覀儗W(xué)過的物理知識(shí)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(dòng)，轉(zhuǎn)的時(shí)候力要基本相當(dāng)，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?yàn)槭祀u蛋的蛋清和蛋黃凝聚在一塊，旋轉(zhuǎn)雞蛋時(shí)，他們一起轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)旋轉(zhuǎn)蛋殼時(shí)，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(dòng)，而且還要對(duì)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(shí)

“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(shí)，如力的分解、壓強(qiáng)。

3.2.1 從壓強(qiáng)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(qiáng)公式：P=FS知。此時(shí)，產(chǎn)生的壓強(qiáng)就越大，越容易把肉菜切開。鋒利的刀切食材時(shí)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(dāng)我們用菜刀切食材時(shí)，用F豎直向下作用于刀背，按照力的分解，F(xiàn)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)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(dāng)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(qiáng)

3.3.1 壺蓋為什么開孔

大家都注意茶壺的壺蓋上會(huì)有一個(gè)小孔，這個(gè)小孔有什么功效呢？我們?cè)诩依锟梢宰鲆粋€(gè)實(shí)驗(yàn)，將壺盛滿水，用手指把小孔按住，開始倒水時(shí)，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?yàn)橛檬种付伦⌒】椎顾畷r(shí)，壺內(nèi)的空氣變稀薄，壓強(qiáng)減小，內(nèi)外形成壓強(qiáng)差，阻礙了水的流出;當(dāng)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(gè)神奇的小孔。

3.3.2 飛機(jī)的升力

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

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

機(jī)翼模仿鳥翅膀，飛機(jī)在高空飛翔時(shí)機(jī)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(jī)翼一個(gè)向上的托力。飛機(jī)主要?jiǎng)恿υ礊楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)，為飛機(jī)在地面滑行達(dá)到起飛速度提供推力或拉力。當(dāng)飛機(jī)在跑道上加速滑行達(dá)到起飛速度時(shí)，駕駛員向后拉操縱桿，飛機(jī)升降舵向上翹，產(chǎn)生仰頭力矩，在發(fā)動(dòng)機(jī)推力及機(jī)翼的升力作用下帶動(dòng)飛機(jī)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(jì)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(hù)過程，先了解兩個(gè)名詞，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，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?gòu)棾?，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(dòng)量定理可知，F(xiàn)t=mvt-mv0，當(dāng)動(dòng)量變化一定時(shí)，作用時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的合外作用力將越小，從而達(dá)到保護(hù)司乘人員的目的。

3.5 薄殼原理的應(yīng)用

把一個(gè)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(gè)小實(shí)驗(yàn)，拿半個(gè)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(dòng)作，兩次比較第二次蛋殼很容易摔碎，從本實(shí)驗(yàn)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(jì)，如城門洞、趙州橋、國(guó)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(jiǎn)單地說，杠桿就是一根在力的作用下能夠繞固定點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒。杠桿有五要素：支點(diǎn)、動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂。支點(diǎn)即繞杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，一般用字母O表示;動(dòng)力使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，一般用F1表示，動(dòng)力臂為動(dòng)力到支點(diǎn)的距離，一般用l1表示;阻力為阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力，一般用F2表示，阻力臂為阻力到支點(diǎn)的距離，一般用l2表示。

杠桿平衡原理：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。F1l1=F2l2

杠桿分為三類：省力杠桿、費(fèi)力杠桿和等臂杠桿。在生活中要根據(jù)不同用途進(jìn)行選擇，因?yàn)楦軛U不可能做到兩者兼顧。按照杠桿平衡原理，要想省力則動(dòng)力臂就得長(zhǎng)（即動(dòng)力才能小），要想少移動(dòng)距離則阻力臂就得短（即費(fèi)力）。不同的杠桿應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，常用的省力杠桿有推車、老虎鉗、瓶蓋起子、羊角錘等，費(fèi)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(fèi)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(gè)人類社會(huì)，如果沒有把力學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，那么人類可能永遠(yuǎn)生活在社會(huì)的初級(jí)階段，沒有進(jìn)步，沒有文明。正因?yàn)槿绱耍祟愒趧趧?dòng)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改造勞動(dòng)工具，并發(fā)明創(chuàng)造，從原始的鉆木取火到發(fā)明機(jī)器，再到神舟十一號(hào)的發(fā)射、港珠澳大橋通車、“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器成功著陸在月球背面、C919大型客機(jī)試飛成功，這些都多多少少應(yīng)用了力學(xué)知識(shí)。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(jī)器人等產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于人類生活，造福于人類。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊天華.現(xiàn)代生活與物理科學(xué)[M].黃河水利出版社，2017，02.

[2]雅科夫·伊西達(dá)洛維奇·別萊利曼，項(xiàng)麗（譯）.趣味物理學(xué)[M].中國(guó)婦女出版社，2015，01.

[3]大井喜久夫.力學(xué)原來這么有趣[M].現(xiàn)代出版社，2016，07.

[4][美]詹姆斯·卡卡里奧斯.魔鬼物理學(xué)[M].中信出版社，2018，02.

[5]江文.身邊的物理[M].北岳文藝出版社，2011，02.