力学在生活中的应用

力学在生活中的应用
通过这几天教授们的讲解，不仅使我明白了自己专业的发展方向，同时也让我明白了力
学在生产生活中的重要性，生命本来就充满了无数的巧合，不记得是哪位教授说过“不是你
选择了力学，而是力学选择了你”，或许我能来到这个专业，遇到这些同学和教授们就是一
种缘分，珍惜这缘分，同时去热爱一个专业。
力学是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质．为许多工程技术提供理论基础。
力学又是一门技术科学，为许多工程技术提供设计原理，计算方法，试验手段．力学和工程
学的结合促使工程力学各个分支的形成和发展．
力学按研究对象可划分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支．固体力学和流体
力学通常采用连续介质模型来研究；余下的部分则组成一般力学．属于固体力学的有弹性力
学、塑性力学，近期出现的散体力学、断裂力学等；流体力学由早期的水力学和水动力学两
个分支汇合而成，并衍生出空气动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等；力
学间的交叉又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等分支．力学在工程技术方面的应用
结果则形成了工程力学或应用力学的各种分支，诸如材料力学、结构力学、土力学、岩石力
学、爆炸力学、复合材料力学、天体力学、物理力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁
流体力学、热弹性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球流体力学、
理性力学、计算力学等等。
教授们研究的方向覆盖了力学大部分分支，这也给了我们继续深造的有利条件，有的时
候看着教授们的研究成果和所做的项目也会想，是不是有一天自己也能完成这样的工作。
从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物理中的相对论和量
子力学等，都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现。随着科技的发展，
社会的进步，物理已渗入到人类生活的各个领域。
物理学作为一门最基础的自然学科，贯穿着人类文明的发展历程，从远古燧人氏钻木生
火到如今的信息化社会的建设，都少不了物理的参与。燧人钻木取火的基本原理正是摩擦生
热原理，在热量积蓄到一定程度时就可以使木头与氧气发生剧烈反应产生火焰。而物理在如
今的生活中拥有着更加广泛的应用，小到我们的生活，大至航空航天， 人走路是利用了鞋
与地面的摩擦力，向后蹬是给地施加了一个向后的作用力，然后由于物体间作用力是相互的，
所以地也给人一个向前的作用力。 给气球充上密度比空气小的气体，如氢气、一氧化碳，
气球就会受到空气对它的向上的大于其本身重力的力，然后我们就看到气球飞向空中。
因为重力，我们无论离地面多远，都不必担心会在太空中飘浮，终有落到地面的时刻。
又因为重力，人类想要飞的梦想还没实现，而飞船卫星的起飞是花费的巨大的能量才克服重
力的影响。 当别人用手打你肩膀的时候，你受到了他给你的作用力，但是你的肩膀也打了
他。两个力是相同的，只不过因为压强的不同，产生的效果也就不一样。
力学知识在日常生产、生活和现代科技中应用非常广泛，主要有（1）体育运动方面：
如跳高、跳水、体操、铅球、标枪等；（2）天体物理方面：如天体的运行、一些星体的发现、
人类的太空活动等；（3）交通安全方面：汽车制动、安全距离、限速等。
1．重力的应用 我们生活在地球上，重力无处不在。如工人师傅在砌墙时，常常利用重
锤线来检验墙身是否竖直，这是充分利用重力的方向是竖直向下这一原理；羽毛球的下端做
得重一些，这是利用降低重心使球在下落过程中保护羽毛；汽车驾驶员在下坡时关闭发动机
还能继续滑行，这是利用重力的作用而节省能源；在农业生产中的抛秧技术也是利用重力的
方向竖直向下。假如没有重力，世界不可想象，水不能倒进嘴里，人们起跳后无法落回地面，
飞舞的尘土会永远漂浮在空中，整个自然界将是一片混浊。在讲授重力时，要让学生展开热
烈的讨论，充分挖掘学生的想象力，知道重力与我们的生产生活实际密切相关。
2．摩擦力的应用 摩擦力是一个重要的力，它在社会生产生活实际中应用非常广泛。如
人们行走时，在光滑的地面上行走十分困难，这是因为接触面摩擦太小的缘故；汽车上坡打
滑时，在路面上撒些粗石子或垫上稻草，汽车就能顺利前进，这是靠增大粗糙程度而增大摩
擦力；鞋底做成各种花纹也是增大接触面的粗糙程度而增大摩擦；滑冰运动员穿的滑冰鞋安
装滚珠是变滑动摩擦为滚动摩擦，从而减少摩擦而增大滑行速度；各类机器中加润滑油是为
了减小齿轮间的摩擦，保证机器的良好运行。可见，人类的生产生活实际都与摩擦力有关，
有益的摩擦要充分利用，有害的摩擦要尽量减少。
3．弹力的应用 利用弹力可进行一系列社会生产生活活动，力有大小、方向、作用点。
如高大的建筑需要打牢基础，桥梁设计需要精确计算各部分的受力大小；拔河需要用粗大一
些绳子，防止拉力过大导致断裂；高压线的中心要加一根较粗的钢丝，才能支撑较大的架设
跨度；运动员在瞬间产生的爆发力等等。
力学在日常生活中扮演着重要角色，同样力学也在工程建设中有着至关重要的地位。
人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓箭、房屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单
的结构。随着社会的进步，人们对于结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，
并且积累了经验，这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵
州安济桥、北京故宫等等。尽管在这些结构中隐含有力学的知识，但并没有形成一门学科。
随着人类的进步发展，人们逐渐从这些结构和实践中总结经验，发展成现代的力学理论
与方法。这些理论和方法几乎被应用到了没所有的领域。
建筑的发展和力学是密不可分的，可以说没有可靠的力学与结构分析就没有安全而又实
用的优秀建筑。尤其是对于现代建筑的意义更为重要 ，每一座好的建筑在建造前都要通过
很多次的实验验证与安全评估，否则将产生诸多不好的后果，损失难以估计。 首先是建筑
结构的合理性，如何在实际情况下选取合适节省材料的结构方式完成工程很重要。尤其要考
虑到安全因素，从整体的静力分析到有线单元的桁架与混泥土结构、再到外部环境因素，如
风载荷、地震波、特殊场地的特殊设计要求等，这些都是我们要关注的。
其次是建筑物材料的选取应得当，这对建筑物质量和性能将产生本质的影响。不同的
材料有着不同的强度、刚度、稳定性及疲劳破损等，在工程应用中要通过各种计算和软件建
筑工程申请认证及实验进行模拟，使材料在实际环境中安全正常的工作，如上图便是对房屋
桁架的测试。如何用最少的材料建造最安全实用的房屋是有一套完整有序的过程的，通过对
建筑结构模型的力学分析，如它的抗弯能力、实用载荷大小、弹性性能、震动要求等。尤其
在一些大型桥梁建筑中使用的钢结构梁和拉杆等，在长期的负载作用下如何保持结构的受力
均衡和稳定，在建造过程中的步骤和难点都应该预计的到，如钢筋混泥土的选择，斜拉杆的
分布及个数的多少，这些都对工程的施工和寿命有影响。所以做工程建造前必须有着严密的
计算分析与可能出现情况的充分准备及解决方案，这是每个工程建设人员必备的素养。
最后是对工程实际环境的考察和科学估计。如高原与平原的不同。高山与土层的分布、
风载荷地震雨水冷湿等自然因素的考量。有些甚至要考虑到特殊的人文需要，如建造地铁，
我们必须避开高大建筑层和易塌方段，建在核电站的建筑等等，在这些工程结构中体现出一
个有一个特殊的规范和要求，如左图的青藏铁路建设，为了保证铁路地基的长年冷冻状态，
在铁路两旁的地基中插入了数千根散热棒，否则地基会有于长期的
工作解冻坍塌裂缝等只是铁轨受力不均，进而可能造成不可预计的损失。这些都是要在
实际工程重要考虑和解决的问题，只有正确的通过各种科学手段我们才能把一座座优美坚固
的建筑呈现在大地上。