图解-简述10个生活或工程中的力学问题

2013Lucsam 兰州交通大学2013/5/12简述10个生活或工程中的常见问题简述10个生活或工程中的力学问题一、 工程建筑中的弯曲问题1. 工程问题在建筑工程中,弯曲变形是结构常见的基本变形形式,比如楼房墙体外突出的空调支撑小平台.2. 关键词:剪力,弯矩,力偶3. 相关的力学知识分析:如上图所示的梁段上外力只有FA ,为保证y方向上的平衡，l-l截面上必定存在一个方向与FA 相反的力，该力有使梁产生沿截面产生剪切错动的趋势，所以称为剪力，记为FS . FS 和FA 大小相等方向相反，构成一力偶，而力偶只能与力偶平衡，因此在横截面上必定存在一个力偶M，此力偶使横截面产生转动而引起梁的弯曲，故称为弯矩。FS和M就是梁的的弯曲内力。二、 指甲刀的省力问题1. 生活现象 小小的指甲刀，不用很费力，就可以轻松地剪去手上的指甲，其中的原理，又是怎样的呢？2. 关键词：杠杆原理，省力杠杆。3. 相关的力学知识分析：杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等。即：动力动力臂=阻力阻力臂，用代数式表示为F1 l1=F2l2。式中，F1表示动力，l1表示动力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。而在指甲刀中，F1就是大拇指按的那个杆，F2就是指甲给指甲刀的力到支撑点的距离。三、 叉车起升原理1. 工程问题分析叉车起升机构的起升原理。2. 关键词：叉车，起升原理，传动，拉力。3. 相关的力学知识分析：提升货物时，高压油通过分配器和输油管连续不断地进入起升油缸，在高压油的作用下把柱塞顶起上升，同时时链条拉动，产生拉力F作用于属具架，并可以使货叉上的货物随之上下运动。四、 人乘电梯时的受力分析1. 生活现象人在乘坐封闭式电梯时，明显能感觉到自己受到了力的作用，并且其在不同时期身体感觉也不一样。 2. 关键词：电梯，人，上升，下降，加速度。3. 相关的力学知识分析：由上图分析可知，在加速上升和减速下降时，加速度a方向向上，人体受到的地板给予的支持力FN大于自身重力G;减速上升和加速下降时则相反。这是为什么人体感觉到不舒适的原因。五、 梯子倚靠在墙体上时的受力平衡分析1. 生活现象日常生活中，人们在使用梯子时都习惯将其倾斜地倚靠在墙上，而梯子也能较好的保持稳定，现特别对梯子在这一状态下的受力进行分析。2. 关键词：梯子，靠墙，平衡，受力分析。3. 相关的力学知识分析：可见，梯子受到墙体和地面的支持力FN1和FN2，以及地面给予的摩擦力f，三者合力可以与梯子自身重力G平衡，使梯子保持平衡。六、 蹦极的刺激与力学的联系1. 生活现象蹦极作为一项极为刺激的极限运动，被认为是勇气的象征。现从力学的角度来分析蹦极这项运动的刺激之处。2. 关键词：蹦极，力学，弹力，加速度。3. 相关的力学知识分析： 人下落至最低点时，富有弹性的绳子对人产生的拉力大于人的重力G，因此迅速将人拉起抛向空中，此时，弹起后的人只受重力作用，因此又做自由落体运动，下落至最低点，又弹起。这就是蹦极除了高度极高以外，令人感到极度刺激的原因所在。七、 对吊灯的力学分析1. 生活现象生活中，在很多地方都能看到漂亮的吊灯，那么其内部的力学分析又是怎样的呢？2. 关键词：吊灯，内力，轴力。3. 相关的力学知识分析：取出实物图片中的一段作为分析模型，如图a。设其容重为r，横截面面积为A，长为l。用截面法求任意截面l-l的内力FN1,分离体如图b，由分离体上力平衡条件得：FN1-rAy=0,即FN1=rAy。因r和A均为常量，故内力FN1是y的线性函数。FN1的变化可用轴力图表示，如图c。分析结束。八、 在公交车上站立时保持怎样的身体姿势才舒适且安全1. 生活现象兰州BRT千呼万唤始出来,可是时常拥挤不堪,路途中有较多红绿灯,站台和弯道,而且BRT要求进站时要精确定位,导致制动较急促.因此在站立时很不舒适且感觉身体不容易保持安全稳定的状态,我特意结合基础的物理知识探讨出自认为较为妥当的乘坐方法. 2. 关键词:公交车,转弯,刹车,加速,安全,身体姿势.3. 相关的力学知识分析：如上图所示,在车辆不同的运行状态下,保持不同的身体姿势,使身体适应车辆的运动状态,两幅小图中,主人公分别保持相同的加速度和向心力方向,既省力舒适又安全.九、 火车机车为什么都很重1. 工程问题上学期上完这门课后,从机车参数表中,发现机车的重量都明显很大,于是思考了一番,发现重量那么大也是很有道理的样子.机车型号机车整备重量东风4B货运型1383%tDF4DJ138/150t韶山3型138t韶山7C型132 t2. 关键词:火车机车,重量,牵引力.3. 相关的力学知识分析： 原因倒不是因为材料和技术不允许，而是，机车一旦做的轻了，它对后面车辆的拉力就会明显减少。因为机车对车辆的拉力来源于火车车轮和铁轨之间的摩擦力FN。当火车前进时，车轮向后推铁轨，铁轨反过来向前推车轮。摩擦力的大小与两物体（车轮与铁轨）压紧的力FN的大小有关，而FN与机车的重力G大小相等,若是机车做的轻便了，那么这个压紧的力就减小了，机车就拉不动后面的车辆了.十、 列车轴承阻力的产生1. 工程问题由也同样可以知道,火车轮对滚动时,轴颈和滑动轴承之间发生相对运动,接触面处将产生摩擦力,其值等于轴荷重Qi与摩擦系数的乘积。2. 关键词：列车，轴承，阻力。3. 相关的力学知识分析： 如上图，摩擦力Qi对轮轴中心所形成的力矩Qi*r将阻碍车轮围绕轴心旋转。由于轴荷重Q的作用，轮轨间