浅谈物理知识在建筑物中的应用

摘 要：生活中的建筑物与高中物理学中的声、光、热的物理原理紧密联系，物理学的原理对建筑的直接或间接的影响。建筑物中的物理学是研究建筑中声、光、热的物理现象和运动规律，是建筑学的组成部分。本文主要介绍现实生活中的建筑联系高中课程中学到的光学、力学以及热学的知识，探讨高中物理知识在建筑学中的实际应用。

关键词：高中物理；建筑学；应用分析

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0081-01

1 引言

现代生活中我们无时不刻的都要面对建筑，各种商场，办公楼，茶餐厅等等。建筑在我们生活中有着举足轻重的地位，我们的衣食住行都离不开建筑。那么，就不得不考虑生活中的建筑是否满足建筑物理学规律。同时生活中的建筑大多都是根据物理原理中的声学，光学，热工学等方面的要求建成的。

2 日常建筑中高中物理知识的应用

2.1 建筑中的光学知识应用

我们都知道，人们待在室内的时候是最舒适的。因为日光或是人工照明的灯光都是舒适合宜、明亮适度的。大家都清楚，白光可以分散为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光。同时我们所用的普通的白炽灯泡，他的光谱中蓝色光种的成份比较少，所以在室内运用白色粉刷的白粉里面，工人们常常添加一些蓝色的颜料就是因为这个，以求在晚上开白炽灯时使室内的光线变得更加光亮、柔和。建筑物中的玻璃幕墙利用光的反射系数高达0.8的镀膜反射玻璃作为建筑物外饰面，常用于高层建筑中。在玻璃幕墙上反射出的是蓝天白云和周围环境的镜像，豪华美观十分诱人。压花玻璃的表面各处一般都是凹凸不平的，当光线投射到粗糙物体表面上时，它将朝各个方向发生漫反射；同时在各点处光线的折射方向又是不相同，所以透过的光线都不是平行的[1]。正因为如此，所以当用于用于采光就是这个原理，既能保持了室内明亮的环境，又可防止被外界的窥视。大多数家庭洗手间和一楼住户所用的窗扇常用是压花玻璃。

另外，现代建筑设计中，为了有利于内部采光，都会利用建筑物外墙上的采光口，也就是侧窗进行采光。侧窗采光的优势在于建构简单、造价低廉且使用维护方便，由于光线有很强的方向性，有利于显现立体造型，易与室外联系等优点，因此使用广泛。侧窗一般放置在1m左右高度。有时为了争取更多的可用墙面，或提高房间深处的照度，以及其他原因，将窗台提高到2m以上，称高侧窗。

2.2 建筑中的热学知识应用

随着居民生活水平的逐渐提高，有些新建的住宅小区空调设置成为楼房建筑的常用部分。空调器本身是一台制冷机。工作物质在循环工作时，外界作功往往设为A，即在室内吸收的热量为Q1，同时把热量Q2放出室外，如此循环，且IQ1I=Q2+IAI。在冬天时，室外环境往往是作为冷源的，由此室内则作为热源。当工作物质在循环工作时，设外界作功A，室外吸收的热量为Q2，向室内输送的热量为Q1，往往就是用这种原理制成供热装置我们称之为热泵。

在现实生活的建筑物中，一般都会安装太阳能热水器，这个太阳能热水器就是我们物理中学到的热学在建筑物上的应用。一开始时，为了使太阳能热水器能走进建筑这个行业，研发者在研究太阳能热水器与建筑物相协调的总体方案时，在高层建筑来说，是将太阳能热水器安装在楼房的阳台上，面相朝南，如图1所示，集热器与贮水箱之间通过上下循环管连接成自然循环系统。集热器沿东西安装在阳台的护围墙的外面[2]。水箱则是安装在阳台的护围墙的里面，取水则是采用的顶水法取水，其具有与建筑物结合好，压力大，可随时用等众优点。

现代的建筑大多数会对屋顶以及墙面进行绿化，就是为了减少外界的热量。当建筑朝向为正西时，建筑室内热环境受太阳辐射的影响最为明显，太阳辐射得热量最大。因此，分别建立西向外墙有绿化和西向外墙无绿化房间模型，外墙绿化模式为植物贴附建筑表面。例如在某地区，夏季室外空调设计参数为：干球温度td=3512℃，湿球温度ts=26℃，焓值hw=80184kJPkg。可知外墙绿化平均气温下降幅度为3～5℃，本文取最低值3℃，即t’w=3212℃。可得h’w=77172kJPkg。设室内空气干球温度tn=26℃，相对湿度φ=65%，则h’n=hn=61163kJPkg，由此，可以看出当采用墙体绿化后，空调负荷降低率至少有10%。

2.3 建筑中的力学知识应用

我们学习的物理力学原理里的阿基米德原理就经常应用与建筑中，阿基米德原理是一条基本的物理学原理，它的表述是；浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。用公式表示：

F浮=G排液=m排液g=ρ液V排液g

近年来，设计技术的迅速发展，混凝土结构的大空间逐渐增多，一些大空间的钢筋混凝土楼板往往是通过采用埋设管道的方法来减轻自身的重量，即做成现浇混凝土空心楼盖。这些空心楼盖中的管道，无论其材质是钢材、塑料还是混凝土之类的其他材料，但是由于这管道是空心的，所以排开的混凝土的体积都是其截面积乘以长度。

例如某工厂生产的一批GBF管，直径为250mm、壁厚25mm、重13kg/m当将其埋设在现浇混凝土中的时候，排开的体积却是3.14×0.252/4×1=0.049。此时，以现浇混凝土为液体，GBF管所受到的的浮力是0.049×24=1.176kN，由于浮力大于空心管的重量，所以埋设在现浇混凝土中的空心管在混凝土浇筑的过程中将发生上浮。因此，这类管道往往在混凝土浇筑时，一般会采取相应的措施来防止管道上浮，并且措施中应该考虑了包括对浮力和抗浮力的计算。

与此同时，阿基米德原理还广泛应用在抗浮设计等方面。有些特定的建筑结构会位于地下水位以下，但是设计一般要求结构必須施工到某些一定层数，才能停止降水，这主要是因为当地下室排开的水的重量大于建筑结构自身重量时，停止降水会导致地下水位上升由此可能造成地下室上浮。

3 结语

我们生活中的建筑物多种多样，特别是现代的建筑物真是令人眼花缭乱，虽然建筑物的形状以及特点在改变，但是建筑物中包含的物理原理是不变的。无论怎样去建造，都是依据物理中的原理去进行改变，主要也是为了使生活在建筑物中的人们更加的便利，因此，我们在生活的过程中，应该学会去观察身边的建筑物，更好的学习物理原理。

参考文献

[1]王建国，张彤.国外建筑史丛书---安藤忠雄[M].中国建筑工业出版社，1999，（75）：66-68.

[2]刘建荣，等.房屋建筑[M].北京：中央广播电视大学出版社，1900，（98）：97-99.

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