對大學物理理論教學中力學的研究與嘗試

摘 要：在大學學習物理有關專業的學生，開學后一般都需要先學習大學物理中的理論力學。這是一門基礎的專業課程，內容是在數學和大學物理的基礎上延伸到材料力學和結構力學，也就是說它的內容是從基礎課程轉換到專業課程，因此，理論力學這一門課可以作為一個過渡課程，它對于大學生在往后的專業學習中提供了很大的幫助。本文通過對臺球和滑動推拉門阻力進行分析，對理論力學進行簡單的研究。

關鍵詞：理論力學 臺球 推拉門滑力

一、對臺球運動理論力學的運用進行簡單分析

說到臺球，大家都知道這是一項在國際上廣泛流行的高雅室內體育運動，是一種運用球桿在臺上對球進行推動讓其進球、依靠計算進球得分確定比賽勝負的室內娛樂體育項目。臺球在桌上進行運動時是以質點為中心，繞其進行運動。臺球桌面具有一定的粗糙程度，并且臺球在桌面上進行運動時，會受到摩擦開始不同向方向的運動，桌面的摩擦力對臺球起著非常重要的作用。臺球制作標準非常嚴格，它必須是一個非常勻稱的剛體小球，因此，小球的重心一定在球心的位置。當臺球受到球桿的作用力時，如果這個推力經過球心，根據理論力學中的質心運動原理我們可以知道，在這樣的情況下，臺球會在桌面上進行平動運動，當涉及到平動運動時，我們也可以利用動量定理進行解釋，動量原理就是物體動量的增量等于它所受合外力的沖量即Ft=Δvm，或所有外力的沖量的矢量和，也就是說臺球受到球桿對其的沖量與動量的改變量相等。當臺球受到球桿的作用力屬于偏心力，也就是球桿的作用力不經過臺球球心時，臺球除了進行平動運動還會進行轉動運動，此時的平動運動依然遵循動量定理，而轉動運動則遵循轉動定理，轉動定理是指臺球所受的對于某定軸的合外力矩，其公式為：Mz=Jβ，其中Mz表示對于某定軸的合外力矩，J表示臺球繞給定軸的轉動慣量，而β表示角加速度。

要想使臺球進行運動就需要球桿對其進行作用力，當產生這個作用力之前必須選擇一個合適的作用點，因此，在臺球進行擊球時必須要選擇一個合適的擊球區以及擊球角度。在臺球的運動規則中，我們需要通過擊打母球來使花球，色球或者黑八進袋，在母球上通常都有一個用來擊打的點叫做擊點，使用球桿擊打母球時，我們需要與母球進行平視，通過平視的角度，我們可以看到圓球的一個圓面，擊點可以是圓面上的任意一個點。但球桿和球面都是一個有弧度的物體，在實際操作過程中，不可能每一桿都擊中球體的中心，當球桿的弧形撞頭與有弧度的球體發生碰撞時，總會發生一定的偏差，這就是我們平常所說的滑桿，由此我們可以知道母球上并非每個點都可以作為擊打的對象，為了防止在進行臺球比賽時出現滑桿的情況，我們需要對擊球的球面進行一定的范圍控制。利用我們上文所說到的動量定理和轉動定律，列出公式進行球面擊點的范圍計算。

由圖1所示我們可以知道，只有在球桿撞頭在臺球擊點方向的切線時受到的摩擦力不超過其最大摩擦力才能不發生滑桿現象。摩擦力的公式為F=μ×FN，其中μ為臺球和桌面之間的摩擦因素，FN為壓力大小，因為臺球的質量是固定值，因此臺球對桌面的壓力大小也為固定值，這時只有臺球與桌面之間的摩擦因素作為摩擦力數值的關鍵因素。在平常的臺球比賽中，我們可以發現很多臺球運動員會使用粉塊對球桿頭進行摩擦以減少球桿與臺球之間的摩擦力。

二、推拉門滑動中理論力學的運用進行簡單分析

推拉門在我們生活中應用的頻率很高，在現代的家居裝修當中，很多家庭都選擇使用推拉門。隨著使用次數的增加，推拉門在推動的過程中越來越費勁，但是如果在推拉門上把手的時候把力道用在靠近地板的位置，或者在推拉門的門下加上一層蠟，在推起來的時候就會順暢很多。所以，門與門檻之間的摩擦力決定著我們推門時使用的力道，還有一種情況就是當我們是使用力道在推拉門離地板更近的位置時，也可以用更小的力度推動門扇。當然，這些現象也可以運用大學物理力學理論進行解釋。

如圖2所示，在不考慮重力的情況下，摩擦力來自于門扇與地面橫梁的接觸，但是，橫梁的作用僅僅只是為了防止門扇傾倒，所以摩擦力就來自于門扇與地面。并且在推拉門上施加一個與地面平行的力，當這個力從零開始增加到一定的力度時，門就開始滑動，因為門與地板之間存在一個與p平行且方向相反的摩擦力。因此，必須要增加到一定力度時門才開始活動。

圖3所描述的那樣，在拉門不受到p的作用力時，門扇受到的重力以及地面對門的推力屬于一個均勻分布的力系。我們把圖進行簡單化分析，當p力發生作用時，地面的阻力就會產生摩擦力，這個摩擦力與p力形成的對偶力阻止了門扇的移動。

結語

從本文對臺球以及推拉門的分析，我們可以知道在生活中有很多地方應用到物理力學，并且很多研究對象會有大庭相徑的地方，學生可以在生活中親自動手實踐，對物理理論力學進行研究和探討。在實踐中，對課本知識進行深刻的了解，對理論力學的學習打下了堅固的基礎。

參考文獻

[1]鄧英.對大學物理理論教學中力學的研究與嘗試[J].考試周刊，2017（A0）.

[2]羅燦.對大學物理實驗課程教學的思考與建議[J].才智，2017（8）.

[3]張文慶.大學物理理論與實驗一體化教學探索[J].河南科技學院學報，2016，36（4）.

作者簡介

韓志茶（1986.1—），男，籍貫：云南大理，碩士研究生大學講師，大理農林職業技術學院，研究方向：理論物理。