大学物理力学的基础原理与应用

龙源期刊网

物理力学原理在土木工程中的应用探析

作者：耿浩桐

来源：《中国校外教育(中旬)》2018年第02期

【摘要】对物理力学进行了简单介绍，从摩擦力、压力、合力以及重力几个方面，对物理力学原理在土木工程的应用展开了深入的分析探讨，希望能给高中生在物理力学学习方面一定的参考，并使其在学习物理的过程中也对物理力学知识在土木工程中的应用具备一定的认识。

【关键词】土木工程 高中物理 力学原理

土木工程是国家建设的基础行业，而力学作为一种从初中便开始学习的知识，在物理学科中的内容所占比例较大，同时，力学原理和知识在土木工程中也有十分广泛的应用，甚至可以说是土木工程的基础。基于此，文章以笔者在物理力学学习过程中获得的相关知识为基础，就物理力学在土木工程中的应用展开详细探究。

力学其本质就是物体与物体之间的相互作用，当一个物体受到一个作用力时，说明此时还有一个施加该作用力的物体，前者为受力物体，后者为施力物体。从力学的效果和性质出发则可以将力分为两类，其中效果力包括支持力、压力以及阻力、动力、支持力以及拉力等；性质力则主要包括电磁力、摩擦力、分子力以及重力等。在高中物理中的力学原理就是研究力的分解、合成以及平衡，该部分内容是物理力学的基础，也贯穿于整个物理力学中。

物理力学原理在土木工程中的应用则主要体现在建筑力学上。建筑力学可以进一步分为结构力学、材料力学和理论力学三部分。其中材料力学主要是对土木工程结构的传力和受力的研究，核心内容为如何实现建筑结构的优化；材料力学则是对土木工程中材料在各种外力作用下所产生的各种应力、强度以及刚度等内容的研究，核心内容为土木工程中使用何种材料以保障质量；理论力学则是主要研究土木工程中各个物体在作用力下的平衡问题，核心内容为如何保障建筑物的稳定。但无论是材料力学、结构力学还是理论力学都是在物理力学原理的基础上发展出来的，属于力学原理的一个具体应用。

电磁感应原理原理的应用——电磁炮

姓名：朱子凡

摘要：电磁炮利用了电磁感应原理，具有稳定性好，初速度大，经济等特点，可以广泛的运用在军事，航空航天，交通运输等方面。本文首先介绍了电磁炮的基本原理及特点，其次提出电磁炮的几种可行的实现方案，之后又讨论了电磁炮在航空航天方面如何应用，最后提出了我们还需要克服的问题。

关键词：电磁感应，电磁加速器，稳定性，电磁炮应用

引言：电影《变形金刚》中有这样一个片段：一艘美国巡洋舰，对金字塔上面的机器人进行攻击，一击命中。没错他们用的武器就是电磁炮。美国人设想在外星人强大的火力下，电磁炮将是和外星人作战的最有利武器。

一、电磁炮的基本原理

电磁炮运用基本原理的就是法拉第电磁感应定律。19世纪，英国科学家法拉第发现，位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的作用。如果让导线在磁场中作切割磁感线的运动，导线上也将会产生电流。这就是著名的法拉第电磁感应定律。也就是根据这一定律人们发明了发电机和电动机，它也是电磁炮的基本原理，电磁炮本质上来说就是一种比较特殊的电动机，电磁炮中做直线加速运动的炮弹就相当于电动机中旋转的转子。

但是问题是如何产生驱动炮弹的磁场，并让电流经过炮弹，让它能做直线加速运动呢？在1980年，美国西屋公司为《星球大战》建造的实验电磁炮给出了我们这样一个设计：用两根导体制成轨道，中间放置炮弹，使电流可以通过导体轨道和炮弹形成回路。把这个装置放在磁场中，当给炮弹通电时，炮弹相当于磁场中的导线，它会受到一个力的作用，由于这个力的作用，炮弹将会做加速运动，最后发射出去。

二、电磁炮的特点

1、 弹丸初速度大

电磁脉冲发射的动力大约为普通火炮发射力的10倍,所以用它发射的弹丸速度将比普通炮弹的速度快很多。一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒，步枪子弹的射击速度为l千米/秒。而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒，将300克的弹丸加速到4千米/秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达100千米/秒。

实验六 直流电桥原理与应用

一 实验目的

1 掌握惠通斯电桥的原理。

2 了解惠通斯电桥的仪器误差的来源。

3 正确使用盒式惠通斯电桥测量电阻。

4 组装惠通斯电桥。

5 学习实验的记录和结果的误差分析。

二 实验原理

1 惠通斯电桥原理

惠通斯电桥图如下图，电阻R1、R2、R和一个待测电阻Rx连接成四边形ABCD,在四边形的一对顶点A和C之间接有直流电源E;在四边形的另一对顶点B和D之间接有检流计G。如果B和D之间断路,则这一电路可以简化为串联和并联的组合。在B和D之间接上检流计G，就好比在通路ABC和ADC之间架了一座桥，这就是所谓的电桥电路。

电桥电路上的检流计G直接用于比较B、D两点的电势，所以又称为测量对角线。若B、D两点间的电位相等，称电桥平衡；反之称电桥不平衡。

调测电阻R1、R2、R，就有可能使得检流计G中电流为零，电桥平衡。此时，B、D两点间的电位相等。

则由UAB=UAD,有I1R1=I2R2；由UBC=UDC, I1RX=I2R 得出RX=

R1\R2*R

三 实验内容

1 组装电桥测电阻：将R1、R2，R待测电阻RX, 检流计,稳压电源连接成惠通斯电桥。按色码电阻识别法读出待测电阻RX的标称值，设定比率臂R1\R2,测出RX 的精确值。利用公式测定组装电桥的相对灵敏度S。计算仪器误差，写出结果表达式。

数据记录 R1 R2 R △R △n

6000 2000 4966.9 10 31

四电阻箱的准确度等级： 0.1 六钮电阻箱的准确等级： 0.1

电桥的相对灵敏度S=△n\△R\R=15397.39

电阻RX的测量值RX= R1\ R2*R=14900.7

电阻测量值的误差△Rx1=0.2*(RX\s)=0.194

电阻箱引起的测量误差△Rx2由下式计算： E=△Rx2\RX=△R1仪\ R1+△R2仪\ R2+△R仪\ R=4.92*10-4

,.

实验报告

课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师：金伟光 成绩：__________________

实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

1、流体流动阻力的测定实验

1.1 实验目的：

1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法

1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 的关系，验证在一般湍流区内λ与 的关系曲线

1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ζ

1.1.4识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

1.2 实验装置与流程：

1.2.1 实验装置介绍：

实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计、U形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管，自上而下分别为用于粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力。

水的流量使用涡流流量计测量，管路直管阻力和局部阻力采用压差传感器测量。

1.2.2 实验装置示意图，箭头所示为实验流程： 专业：

姓名：

学号：

日期：2015

地点：教十 1208

ReRe,.

其中：1—水箱 2—离心泵 3、10、11、12、13、14—压差传感器 4—温度计 5—涡轮流量计6—孔板（或文丘里）流量计 7、8、9—转子流量计 15—层流管实验段 16—粗糙管实验段17—光滑关实验段 18—闸阀 19—截止阀 20—引水漏斗 21、22—调节阀 23—泵出口阀24—旁路阀（流量校核） a b c d e f g h — 取压点