力學知識在生產和生活中的應用

楊喬媛

摘 要：力學是一門基礎學科，從亞里士多德的自然哲學，到牛頓三大定律的經典力學，直到現代物理中的相對論和量子力學等，都是物理學家科學素質、科學精神以及科學思維的有形體現。隨著科技的發展，社會的進步，力學已滲入到人類生活的各個領域。

關鍵詞：重力 方向 牛頓定律 摩擦力 彈力

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）11-0-01

前言

我們身邊處處都有力的存在。比如重力，無論我們向上跳的有多高，離地面有多遠，都會很快落到地面上，這就是我們受到了重力的作用，重力的大小叫重量。力的作用是很重要的，重力讓我們能夠站在地球表面；摩擦力讓我們可以走路；壓力讓我們點亮手機屏幕；還有彈力、電場力、磁場力這些也都在我們的生活中起著重大作用。

一、什么是力

力是物體與物體之間的相互作用產生的，力是不能擺脫物體而獨立存在的，力的三要素是：力的大小，方向，作用點。力的單位是牛頓，簡稱牛（N），是為了紀念英國科學家艾薩克·牛頓而命名的，力的測量工具有彈簧秤或測力計。1664年，牛頓提出了力的定義是動量的時間變率（動量=質量×速度）。牛頓第一定律（慣性定律）說明了力的含義，力是改變物體運動狀態的原因。牛頓第二定律指出了力的作用效果，即力使物體獲得加速度，力等于動量的時間變率，如果質量不變，力也等于質量乘加速度。牛頓第三定律揭示力的本質，力是物體間的相互作用力[1]，即對于每一個力而言，必有一大小相等但方向相反的反作用力存在，例如，鏈球運動員旋轉鏈球，手對鏈球施加的是鏈球受到的向心力，而手上感覺到的鏈球對手的作用力，就是離心力[2]。

根據力的作用方式可以分為接觸力和非接觸力，兩個不直接接觸的物體之間也可能產生力的作用。根據力的性質可以分為：萬有引力、重力、彈力、摩擦力、電磁力、核力等。根據力的研究對象可以分為外力和內力。根據力的效果可以分為：動力、阻力、壓力、支持力、拉力、張力、向心力等。這些力的作用效果可以分為三種，一是可以改變物體的形狀；二是可以改變物體的運動狀態（速度或方向）；三是可以使物體保持勻變速不變，所謂勻變速就是加速度不變。

二、力在生產生活中的應用

力在如今的社會中擁有非常廣泛的應用，小到我們的生活點滴，大到建筑航空，都少不了力的參與，可以說力貫穿著人類文明的整個發展歷程中。

1.力學在生產中的應用

力學是一門基礎科學，它所闡明的規律帶有普遍的性質，為許多工程技術提供理論基礎。力學又是一門技術科學，為許多工程技術提供設計原理，它是機械工程，土木工程，食品工程等的重要基礎之一，大到機械中的各種機器，建筑中的各個結構，小到汽車中的一些零部件，各種物件都要符合它的強度、穩定性要求才能夠安全、正常工作，所以力學就顯得尤為重要。建筑力學在建筑設計的作用就是要設計出合理的結構，建筑師要想設計出安全、適用、美觀的建筑物，必須具備力學、結構、藝術方面的理論知識以實現自己的建筑構思，例如中國的萬里長城，北京故宮，埃及的金字塔等等。這些建筑的發展和力學是不可分割的，沒有可靠的力學與結構分析就沒有安全而又實用的優秀建筑。尤其是對于現代建筑的意義更為重要，每一座好的建筑在建造前都要通過很多次的實驗驗證與安全評估，考慮到安全因素，包括從整體的靜力分析到有線單元的桁架與混泥土結構、再到外部環境因素，如風載荷、地震波、特殊場地的特殊設計要求等，這些都是我們要重點關注的。還有材料力學中卸載與在加載規律得出冷作硬化現象，工程中常利用其原理以提高材料的承載能力，例如建筑用的鋼筋與起重的鏈條，但冷作硬化使材料變硬、變脆，使加工困難，且易產生裂紋，這時應采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應，這是材料力學在工程中的應用[3]。

2.力學在生活中的應用

我們生活在地球上，重力無處不在。比如同樣的水杯，滿杯水和半杯水，滿杯水的要比半杯水的容易倒，這是因為重力中心低較穩定；我們可以利用重錘線來檢驗自己家的墻身是否豎直，這是利用重力的方向是豎直向下的原理。假如沒有重力，這個世界就好像宇航員在外太空一樣，水無法盛到杯子里更不能倒進嘴里，人們跳起后無法落回地面只能飄來飄去……整個自然界將無法控制。摩擦力也是一個重要的力，它的應用非常廣泛，例如我們買的登山鞋，鞋底做成各種很深的花紋也是增大接觸面的粗糙程度而增大摩擦力，這樣登山省力；自行車鏈條中加潤滑油是為了減小齒輪間的摩擦，騎起來更輕松；在遇到蛇時，我們跑到光滑的路面上，它會爬行比較慢追不上，這是因為接觸面摩擦太小的緣故；滑冰運動員穿的滑冰鞋安裝滾珠是變滑動摩擦為滾動摩擦，從而減少摩擦力而增大滑行速度。可見，人類的實際生活都與摩擦力有關，有益的摩擦要充分利用，無用的摩擦要盡量減少。同樣彈力也在生活活動中伴隨我們，如拔河需要用粗大一些繩子，防止拉力過大導致斷裂；運動員在瞬間向上的彈跳力等等。

總結

力學在我們的日常生活及生產中都扮演著重要的角色，它幾乎應用到了所有角落。力學是一門基礎學科，它也為其他學科提供理論基礎，所以我們在學習過程中要重視它，熟練掌握其基本的分析方法和科學的學習習慣，為以后的工作和生活打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]王秀娥；大學物理（上冊）[M]；中國石油大學出版社；2011；26-28

[2] M.Jammer；Concepts of Force-a Study of the Foundations of Dynamics：Harvard Vniv；Press，1957

[3]王騰；材料力學在工程中的應用endprint