淺談建筑物中物理知識的應用

吳潤東

摘 要：隨著社會的發展，建筑物建的越來越壯觀，越來越雄偉，建筑物的結構及配套設施蘊含著豐富的物理知識。建筑師要設計出適用、經濟、美觀的建筑物，必須具備美學、藝術、生成等各方面的理論知識。在安全和經濟的前提下，建筑師在應用物理知識的情況下實現自己的建筑構思，體現物理與藝術的完美結合。本文將從建筑中力學、熱學、聲學、光學等四個方面應用的物理知識進行詳細的介紹。

關鍵詞：物理知識；建筑學；應用

中圖分類號：G623 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0079-01

1 引言

從生活走向物理課堂，從物理課堂走向生活，利用物理知識中力學原理可以建造雄偉壯麗的高樓大廈，堅固的公路橋梁，充滿藝術感的雕像雕塑；物理中的熱學知識應用可以讓我們的房間冬暖夏涼，尤其是隔熱保溫材料的應用、暖氣片安裝放置巧妙的利用，讓房間更節能；建筑中常常將利用太陽光的熱效應的原理，在建筑物上放置吸收板，將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用，現在太陽能熱水器就是利用這一原理。很多物理學知識都融入到建筑學中的每一個角落。

2 建筑物中物理知識的應用

2.1 建筑物中力學知識的應用

物理中的結構力學知識告訴我們，雄偉建筑拔地起離不開地基承受力的牢固結實。當樓層比較低時常常采用把地基挖深一些，地基比樓房墻體的厚度寬上幾倍，這是以增大底面接觸面積，達到減小壓強的目的；樓層較高的房子，往往采用“箱形地基”來解決問題。即除了把地基挖深一些，將樓房的整個底面積都作為地基，進一步增大底面積，減小壓強；高層住宅以及摩天大樓，建筑師除采用“箱式地基”以外，還采用“打樁”的方法來降低樓房的重心，以增大樓房的穩度[1]。一座座雄偉的建筑物拔地而起，其基底、基礎、柱、梁、板墻體，以及房頂，無一不是靠力學原理層層支撐著。建筑物的穩定、美觀、適用是三個重要問題，其中穩定是第一位的?？梢哉f沒有可靠的力學與結構等物理分析就沒有安全而又實用的優秀建筑的。

2.2 建筑物中熱學知識的應用

建筑學中常常提到我國北方住宅的外墻總是要比南方的厚很多，原因在于冬季保暖的需要，厚厚的外墻可阻隔熱量向擴散，減弱熱量的散失從而達到增強保溫效果。另外，北京，尤其東北地區的建筑物常常采用采用雙層玻璃窗，甚至是三層玻璃窗，兩層玻璃層之間的真空層。這樣的真空層既增加空氣保溫層的厚度，又避免對流傳熱，增大了窗的熱阻，從而達到卓越的保溫效果[2]。在武漢等稱為火爐的地區，夏季極其炎熱，住在頂層的居民經常會感到非常炎熱。這多半是由于該屋面板是鋼筋混凝土，其材料的熱容量太大，吸收了大量的太陽輻射熱而導入室內所致。因此常常會看到北方的房屋頂采用兩坡式房頂或房頂下設吊平頂來增加空氣層厚度起隔熱的效果，這樣可以為減少熱流量，就要增大熱阻；南方的房頂上加設隔熱層或砌筑通風屋面以增大傳熱距離，能夠達到隔熱降溫作用。

2.3 建筑物中光學知識的應用

建筑物采光是建筑中極為重要的設計之一，是體現建筑物與自然結合的藝術美感的重要表現。采光通?？煞譃檎彰鞴夂推渌?，照明光是將天然光和人工光在建筑中的合理利用，創造良好的光環境，滿足人們工作、生活、審美和保護視力等要求，是建筑物理的重要組成部分。例如，居民居住樓房要保證有合理的采光，那么建筑師在設計建造房時就要充分考慮樓與樓之間的距離，根據當地的太陽高度角θ、前一排樓房高度H及此排樓房的投影長度L，利用正切的三角函數知識即可得出樓間距。其他光是指利用光的各種物理效應，物理原理給建筑物帶來其他實際用途的光。例如，在建筑物上放置吸收板，將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用，現在太陽能熱水器就是利用這一原理。

2.4 建筑物中聲學知識的應用

建筑物上的聲學問題常常涉及兩種，其一是使想聽到的聲音聽清晰，即室內音質問題；其二是不想聽到的聲音盡量使其聽不到，即噪聲控制。物理課堂上學習過，聲音是由振動發生的，并且通過空氣、水等作為媒體介質進行傳播。而課堂上也學過減弱生源的途徑有三條，即在聲源處減弱、在傳播過程中減弱以及在接收處減弱。電影院、音樂廳等房間的天花板和墻壁上裝有很多不同的材料，有木板、穿孔板以及中空板（它們離背后的硬壁面有一段空腔距離）。這是利用亥姆霍茲共振原理組成的吸聲構造。由于所聽聲音的頻率范圍很寬，要使室內音質條件好，對不同頻率的聲音都要達到理想的混響時間，吸聲材料要多種多樣。一般說，多孔吸聲材料如玻璃棉、泡沫塑料、纖維材料等主要吸收高頻聲。穿孔板與硬壁面之間有一段空腔距離，這種裝置主要用來吸收中頻聲。把平板與硬壁面距一個空腔裝置起來，從而可使房間內音質更加優美。

3 結語

綜上所述，建筑物中到處充滿著物理知識，物理知識應用也讓建筑物更加雄偉壯麗，讓其配套設施也能更好的服務于生活。尤其是現代建筑物以及配套設施于物理知識更加緊密相連，可以說一座優秀的建筑物是建立在物理知識基礎上的。

參考文獻

[1]杜嘉恒.淺析物理知識在日常生活中的應用[J].大科技，2017.

[2]徐笑迪.淺談數學在建筑學領域中的應用[J].社會科學：引文版，2017.