淺析理論力學的應用

徐庶凱

摘 要 理論力學與電動力學、統計力學、量子力學并稱為四大力學。理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學，其主要研究對象為速度遠小于光速的宏觀物體的機械運動，是古典力學的一個分支，其理論基礎是伽利略和牛頓總結的基本定律。理論力學既是應用性極強的基礎學科，又具有很強的理論性。

關鍵詞 理論力學 問題 應用

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0前言

理論力學作為理工科的一門基礎課程，在理工科的學習和實踐中起著重要的指導作用，是一門具有很強應用性的學科。

1理論力學的問題

1.1認識問題

絕大部分學生在思想上認為這門課程非常重要，是以后許多課程的基礎，但在行動上對這門課程并不重視，花在該課程的時間并不多。這是因為理論力學兼有基礎物理力學知識的擴展深化和高等數學知識應用的特點。課程中一些基本概念和定理，如力、作用力和反作用力、質點、摩擦、位移等，動量定理、動能定理、機械能守恒定理，學生在初中階段就開始接觸，在高中階段、大學階段的物理課中都有相關方面的內容，這樣給學生的感覺是這門課不難學，容易學，使學生對這門課程不重視。這樣，學生在學習上存在著課堂上容易聽懂，例題的理解也不困難，但一到自己做題目和分析具體問題時難以下手，不能熟練運用已學知識建立力學模型，特別是遇到綜合問題，情況更為嚴重。

1.2作業問題

（1）學生對受力圖沒有給予足夠重視，主要表現為：部分學生根本不畫受力圖；受力圖上沒有標注力的名稱；作用力和反作用力的標注不對應；有時多畫力或少畫力；畫錯力的方向；對幾個物體組成的物體系統進行整體分析時將物體之間的內力畫出等。實際上，受力圖是力學學習的基礎部分，也是非常重要的一部分。教師必須在課堂上反復強調受力分析圖的重要性，以提高學生對這門課的重視。

（2）部分學生抄答案。由于教材的后面對每章的習題都有答案，部分學生在做作業時根本不進行計算，將方程列出后直接將后面的答案抄上去。這樣，一方面導致學生的動手能力差，遇到稍微復雜一點和沒有現成答案可以參考的問題時，很難得到正確的結果；另一方面，課后的答案不一定就是學生所列方程計算結果，因為在進行受力分析時，某些力的方向是不確定的，標注力的方向時可以向上（左），也可以向下（右），因此計算結果可能會相差一個負號。

（3）學生中存在作業抄襲的現象。一方面，部分學生抄襲參考書上現成答案；另一方面，同學之間相互抄襲答案。對于這個問題，應該引導學生以正確心態來對待作業，作業的目的不是為了打分，更不是一種任務，而是為了鞏固及消化學生在課堂上的知識。

2理論力學的應用

理論力學是理論性較強的技術基礎課，主要通過歸納演繹已知經驗規律出發，推理出力學各種性質，需要嚴謹細密的邏輯推理和數理推導。通過將理論力學基礎知識和理論與應用實踐相結合，在驗證理論力學原理的基礎上，可加深對理論力學的感性理解，達到實踐和理論的有機結合。

2.1理論力學在機械工程中的應用

機械工程中都會接觸到物體的機械運動，分析物體的運動和受力狀態就是將理論力學應用于實踐；通過理論力學的分析計算進而對物體運動狀態和受力狀態提出改進與提升就是應用理論力學指導實踐。如確定機械中各個部件的受力狀態、受力強度、穩定性就需要利用理論力學靜力學的基本知識進行分析，進而簡化建模得出結果，并為改善機械性能提供理論支持。通過動力學、靜力學分析為可以確定機械中最佳的運行狀態，并強度、剛度和穩定性的分析計算，為機械設計選用材料、優化設計機械提供指導。運用理論力學動力學基本理論可以在分析歸納總結已有運動規律和經驗的基礎上，對不同的運動狀態加以利用，改善機械設計，如利用動載荷效應而設計的打夯機，利用減小偏心距使運行更加平穩而設計的飛機螺旋槳等。機械一般長時間都處于運轉狀態，分析計算機械各個部分的運動狀態有助于理解機械的原理、穩定性和壽命等參數，對于改善機械性能、延長機械使用壽命有著重要的作用。一般而言分析機械的運動意味著分析計算構成機械的各個部件的運動及其之間的受力關系。所謂機械及其各個部件的運動分析就是根據已知運動規律，分析該機構其它構件上某些點的位移、軌跡、速度和加速度等參數，了解機構運動和受力狀態的變化規律，進而簡化歸納建模得到一般規律。

2.2理論力學在土木工程中的應用

理論力學在土木工程的學習中是在材料力學、結構力學學習的基礎上為土木工程專業補充提供一定的理論力學知識，訓練抽象化建模、分析、計算習慣，培養嚴謹的邏輯化思維模式，提高通過理論分析計算解決實際問題的能力。理論力學的靜力學部分在土木工程中都有著較為實際和廣泛的應用。通過靜力學分析計算建筑物所承受載荷的類型，并將載荷簡化，進而加深對建筑物受力狀態的理解和分析能力；通過分析實際結構構造、簡化實際受力、抽象化建模建構等方式，鍛煉運用理論力學對實際工程案例進行分析建模的能力。分析房梁、屋架、橋梁等結構的受力情況來討論對實際力系的簡化、平衡計算等，對建筑物構件進行受力分析以及力學模型的建立歸納，達到理論與實際的結合與反饋。以實際工程如桁架橋、廠房桁架屋頂等實例學習理解靜力學中平面簡單桁架的內力計算，進而歸納討論桁架結構的實際構造以及連接方式，訓練將實際建筑構件簡化、抽象化為力學模型的能力，進而計算出結果并比較分析與實際建筑構件之間的差別。通過從實際工程建模推導得到理想化模型、對比理想化模型結果與實際構件差別的整個過程，鍛煉嚴謹的邏輯化思維模式、建立對理論力學實際應用模式的直觀認識。

3結束語

理論力學既是理論性較強的基礎學科，也是鍛煉解決實際工程問題的的指導性學科，通過分析理論力學的實際應用既能促進對理論力學基本原理的理解與直觀認識，又能提煉工程當中的力學原理，提升在實際應用中簡化力系、歸納建模、加深對理論力學基本原理的理解水平的，進而達到應用實踐和理理論力學有機結合的效果。

參考文獻

[1] 張速.方法論在理論力學課程教學中的應用[J].力學與實踐，2017（01）：91-92.