浅析高中力学知识在工程中的应用

【摘要】力学在工程领域中的应用十分重要，它与当今世界的建设和发展息息相关。本文以高中基础力学为出发点，简要概括高中力学的基本知识和其在工程领域中的应用，并结合相关应用实例进行阐述。

【关键词】高中力学；工程；应用

力学、电磁学等都是物理学的重要分支，牛顿力学的地位更是举足轻重。各大到机械工程、土木工程，小到食品工程，都应用到了力学知识。无论是工厂里面的各种机器、建筑物中的各个结构，还是汽车里面的零部件都涉及到力学的应用。正因为如此，力学在工程学中就显得非常的重要。因此，当代高中生很有必要了解力学对人类生活的影响，尤其是力学在工程领域的应用。

1、高中力学的基本内容

力学是物理学中的一个非常重要的部分，它表示物品和物体之间相互运动而产生的作用力。当一个物体受到其它物体的作用力之后，获得速度或者发生了部分形变，就会称之为“力”。力主要是作用于相互的物体之间。当一个物体在力的作用下发生形变后，前者称之为施力物体，后者称之为受力物体。所以只要物体之间是存在着力的，就肯定会存在着相互作用的两个物体。由于力是相互作用的，所以，施力物体也是受力物体，受力物体也是施力物体。

2、高中力学在工程中的应用

2.1力学在土木工程实践中的应用

力学在土木工程实践中的主要作用是要保证建筑体的稳定性。中国的石拱桥可谓是劳动人们智慧的结晶，许多石拱桥经历了过个世纪的风吹雨淋，依然保持稳固，那么它的稳定性和平衡是如何实现的呢？这都是力学的功劳，下面以石拱桥建筑为例，简要介绍力学的一个具体应用。

如图所示是由四块石块组成的一座石拱桥，左右的结构对称，与地基相连的是石块1和石块4，石块2和石块3又分别与石块1和石块4 块相连。用物理学原理对这座石拱桥进行力学分析，首先对石块1、石块2、石块3、石块4分别进行受力分析，石块1受到的自身的重力G1，地面对石块的反作用力F0，石块2同时对石块1有作用力，这个力记做F21，这三个力对石块1同时起作用，接下来再利用正交分解对石块1列出相应的受力方程。再分析石块2的受力作用，石块2受到重力G2，石块1对石块2的作用力 F12，以及第3块给它的反作用力 F32 ，同理可以运用正交分解法对石块2做受力分析。石块3和石块4结构与石块1、石块2相同，可以运用相同的分析方法，但是方向上与石块1、石块2受力相反。

2.2力学在材料工程中的应用

材料力学中常常会出现一个冷作硬化的原理的现象，工程中常常利用其原理以提高材料的承载能力。例如在建筑过程中，工地上常见的钢筋与起重的链条，就会因为冷作硬化的现象使得使材料变硬、变脆，这就造成了加工发生困难，这时应采用退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。而冷作硬化现象是力学中常常会出现的现象。所以，力学在工程中的应用还可以防止某些工程事故现象的发生。

2.3力学在结构可靠性工程中的应用

工程设计中有很多需要注意的事项，其中一项就是减少构件的集中力。为了减少构件集中力，常常应用静不定的结构，桁架结构就是静不定结构之一。但是温度变化和制作误差会静不定结构中产生一些力量，我们将这些力量称之为热应力。在工程应用中，为了避免热应力过高，有时候会在蒸汽管道中配置伸缩节，或者在钢轨两端留下一部分缝隙等等，之所以这样做是因为物体热膨胀时会受到限制力，采用这些做法可以降低温度应力。除此之外，在实际生活应用中，在进行某些构件的装配中也会用到预应力。有时为了为了提高某些构件承载能力，会将轮圈套装在轮毂上，便于使用。螺旋弹簧在工程中也经常用到，如车辆上的缓冲弹簧，弹簧称中的测力弹簧等。凡此种种，都離不开力学知识。

生活中常见的某些结构与构件，因为其功能和使用期限的需要，对于弯曲程度有一定的要求。以生活中常见的行车为例，行车在大量起吊重物时，若其弯曲变形过大，小汽车在行驶中就会发生震动。生活中输送管道的弯曲变形程度也通常与力学息息相关，如果输送管道的弯曲超过一定的标准，那么输送的物料则无法正常通过管道进行运送，就会导致输送液体集聚并沉淀下来，同时可能会出现法兰结合不密等状况发生；同时还比如造纸过程中，如果造纸机器的轧辊的弯曲变形，那么就直接对造出来的纸张产生影响，甚至导致纸张的厚度达不到相应的标准，甚至成为废品。有时候要控制构件的变形，但一些特殊情况中有时也需要能产生足够大变形的构件。例如车辆中钢板弹簧的使用，为了在特殊情况中减缓车辆受到的冲击，需要大尺度的变形力；而继电器中的簧片，在电磁力作用下会产生位移，只有当位移足够大才回使得电源有效接通，有效断开，这时也需要簧片具有足够程度的弯曲变形。

结语：

生活中的实际工程都是以力学为基础，力学不断在实际的生产实践中得以应用和发展。在科学技术不断发展的时代背景下，高中力学将融合各种先进技术并不断促使工程的发展，提高工程的稳定性、安全性及实用性。从而更好地服务人类社会。

参考文献：

[1]栾赟贺.浅谈高中力学的应用与展望[J].建材装饰，2016（07）.

[2]李凯凝.力学在建筑工程中的有效应用分析[J].建筑节能，2016（22）.

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