摘要:力学在生活实践中随处可见,将力学理论结合实践,将实践搬入课堂,本文主要阐述生活中的力学与理论的关系,从而运用到课堂里。
关键词:力学、实践、生活、应用
谈到力学,有些人可能会问什么是力学?大家或许会说,力学是物理,为什么呢?因为我们中学里面,学物理的第一章就是力学。那进入大学以后,大家可能有点困惑,有的学校已经有了物理系,为什么还有力学系?经过两年的力学学习,尤其是在张多新老师的谆谆教导下,我们发现力学不仅仅是物理、是研究物质机械运动规律的科学,我们知道力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验,人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水等器具,逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识,所以力学还与我们的日常生活息息相关。那么,在了解力学之前,我们先来看看生活当中我们经常见到,但不一定知道其与力学有关的一些例子。
而总的来讲力学在生活中的应用有如下几个方面:
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。而且根据弹簧原理我们也可以制作很多东西……
可见,物理力学知识生产和生活实际中是很有用的,从宇宙天体到微观的分子、原子处处存在着各种各样的力,老师将课本知识与生产生活实际有机地结合起来,极大地激发我们的学习兴趣,从而培养我们树立崇尚科学、研究科学、应用科学精神。
也许这只是简单的高中知识,但大学里学的“力学在生活中的应用”就更具实际意义,更有实践意义与指导价值了。
建筑上的力学相信大家都对竹子不陌生,竹子这么细,这么高,却能历经狂风暴雨不倒,
不能不引起我们的好奇。分析一下,竹子分为很多节,即竹节,每个竹节就相当于一个横向抗扭箱,抵抗水平方向上的扭矩。竹子在风载作用下各段抵抗弯曲变形能力基本相同,相当于阶梯状变截面杆,是一种近似的“等强度杆”。因为在风力作用下,沿杆自上而下各截面的弯矩越来越大。竹子根部所受弯矩最大,因而根部最粗,自下而上各截面弯矩越来越小,竹子也就越来越细。另外,竹节不仅能够增强竹子的抗弯强度,同时,能大大地提高竹子横向的抗挤压和抗剪切的能力。所以,高大的毛竹,由于这种得天独厚的等强度结构,在狂风大雨中,仍能随风摆动,高而不折。
傲然矗立于马来西亚槟城88层的云顶大厦,当今世界最高建筑,高达452m,是一个典型的“仿竹”杰作。它底部宽大,到一定的高度就变细一节,是一种阶梯状等强度管状结构。正由于它具有合理的力学结构,才被大胆地建在一个多台风的海边城市。再如,大型民用飞机的机翼,大都是采用平直的机翼,这种机翼是一种扁平的空心等强度结构竹子实际是什么(图1),其翼肋象竹节一样可以提高机翼的抗弯强度,而空心结构在满足足够的抗弯强度前提下,大大减轻了重量。
生活中的小力学
菜刀。菜刀特点是刀厚,较重,质量大。从它的用途来说,它切的东西有大有小,需要的力量较大,它头重把轻,这样挥刀的时候,所产生的惯性也就越大,因为质量大,惯性大,同样,动能也就越大,切起来就容易了。由于使用要求,它的材料得经久耐用,而且不能生锈,切质量较大,所以一般采用不锈钢作为材料,且该材料较为便宜,经济实惠,同时也方便道具的保存。力的分解就比较麻烦了,没图干说的话你可能不大明白,但我尽量说细致啦。刀与物体接触的部位所产生的反力延长线到手的距离 就是阻力力臂,手就是支点,刀柄和手的接触点到手腕的距离就是动力臂,它是费力杠杆。下面讨论下压强的关系,毋庸置疑,刀刃都要薄,切东西才锋利,压强大,容易切,但菜刀的刀背比较厚,这样手就可以按在上面切东西了,不会对手造成伤害,因为刀背的压强小。同时,用手在刀背上直接按的话,要比用刀柄按的话省力,因为刀的力臂关系所致,直接按的话,力直接由刀全部传给被切的物体,而握刀柄时,动力臂短,所以费力。水果刀与其相似,就不再多说。
指甲刀。指甲刀直接观察可得力臂力矩的关系,不用多说。是省力杠杆。由于指甲较硬,所以指甲刀的材质要求要苛刻些。
剪刀。剪刀也是杠杆原理,支点就是中间固定点,而动力臂是手到支点的距离,阻力臂是物体到支点的距离,所以,当物体靠近支点时,它是省力杠杆,用起来比较省力,反之费力,不在赘述。
刨等切削工具的刃部叫做劈,劈的纵截面是一个三角形,如图使用劈的两个截面推压物体,把物体劈开,设劈的纵截面是一个等腰三角形,劈背的宽度是d,劈的侧面的长度是L。说明为什么劈的两侧面之间的夹角越小(即越锋利的切削工具)越容易劈开物体。
力学就是这样,只要我们仔观察思考,力学与美就在我们身边!
通过本学期力学的学习,深刻体会到了“把繁琐交给求解器,我们留下创造力”的内涵。感觉有时候,对事物的定性把握更为重要,在大方面把握得恰到好处,我们就可以事半功倍的做好事情,甚至收到意想不到的效果。把生活中的力学结合到课堂教学中,也能加大学生的视野,同时激发学生学习的兴趣。
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