浅谈生活中的力学之美VIP

浅谈生活中的力学之美 【摘 要】力学是学界独立的一门基础学科，主要研究的是能量和力以及它们与固体、液体及气体的平静、变形或运动的关系。而任何一门学科都来源于实际生活及事物所存在的本身。因此，从力学角度分析生活中一些常见的现象及其力学原理，就可以充分地将力学理论与力学知识的实践有机结合起来，让更多的人感受到力学的魅力所在。 【关键词】力学；工程力学；日常生活；艺术生活 力学存在于实际生活之中，无论是日常生活，还是艺术生活之中。作为力学研究者，我们要全面地了解力学理论及其在人类生活中的应用。 首先，就从我们每天都需要用到的交通工具说起。虽然当今社会私家车越来越普及，但自行车还是牢牢占据着最广大的市场，数以亿计的使用者就足可以说明自行车的使用人群是多么庞大。说起自行车，大家都知道自行车是靠轮子向前滚动来实现前进的。然而，大多数人都误认为自行车是靠脚踏脚蹬直接推动轮子前进的，但事实并非如此。其实，踏脚蹬只是原动力，它只给了主动轮，也就是我们常说的后轮以转矩，使主动轮转动，但并没有推动自行车身向前运动。具体说来，脚蹬的转动只能使车轮转动却并不能直接推动车身前进。其实，骑自行车者自己就会发现只要脚蹬一转动，自行车身就立即向前运动。显然，是地面给了车轮以向前的推动力使车身前进。那地面上的这个力的产生的原理其实很简单。在脚蹬转动后，主动轮开始转动，但由于地面比较粗糙，所以就给了车轮一个与转动方向相反的摩擦阻力，推动车轮向前运动，车身也就跟着向前运动了。此时，从动轮开始有向前滑动的趋势，摩擦力阻止从动轮向前滑动，并与车向前运动给从动轮的拉力形成转动力偶，从动轮于是开始转动。这时从动轮也受地面推动作用。因此，自行车是在地面摩擦力的推动下前进的。1 有关自行车的力学原理还不仅仅如此，一辆小小的自行车还可能涉及到杠杆原理等其他一系列的力学理论知识。 除了自行车等交通工具存在力学原理之外，人体在运动过程中也涉及力学知识。实际上，力学在人类生命活动中起着至关重要的作用，比如走路、跑步、跳跃等，都涉及到力学平衡的问题。 “给我一根杠杆和一个支点，我就能撬动地球。”阿基米德在论平面图形的平衡一书中最早提出了杠杆原理。2而在我们的实际生活中，杠杆无处不在。筷子是我国劳动人民的伟大发明，夹食物时外侧的那根活动筷子可以看做一个杠杆，动力是手指对筷子的作用力，一般在筷子中点上下，阻力是食物阻碍筷子合拢的力，一般作用在筷子前端，由于阻力臂大于动力臂，因此筷子是一种费力杠杆，但可以节省行程。类似的费力杠杆还有镊子等。开啤酒用的开瓶器、钳子等物体，动力臂大于阻力臂，是一种省力杠杆，但行程要加大。再比如，天平则是一种等力臂的杠杆。 力学不仅仅贯穿于人类的日常活动之中，还与绘画、音乐等艺术生活紧密相连。列奥纳多?达?芬奇笔记中所蕴含的一系列力学思想。列奥纳多?达?芬奇笔记是研究中世纪科学史的一份重要史料，其历史价值和思想认识都对后世影响深远。有人认为，列奥纳多是站在亚里士多德肩膀上的一位中世纪时期的科学巨人，散发着近代科学的气息。 众所周知，西方学者对力学现象的研究，应该说是亚里士多德最先作了比较系统的初步探讨，形成了较为朴素的力学理论。理论由于受认识水平所限，只是初步的经验归纳，存在很多缺点和错误，但在西方直至中世纪时期它还是主宰了当时科学的内容和概念。一定意义上可以说，近代经典力学的宏伟大厦，正是在摧毁并取代长期占统治地位的亚氏理论的基础上建立起来的。现存的材料来看，列奥纳多?达?芬奇也许是继亚里士多德之后，中世纪后期对力学现象进行最为全面系统研究的极少数人之一，甚至可能是唯一的人。3因而，研究中世纪的科学史，列奥纳多?达?芬奇的笔记无疑是一份极为重要的材料。 为了说明物体运动的原因，亚里士多德最先引入了力的概念。他认为力是物体运动的原因，是推动者对被推动者的推拉作用。在此基础上，列奥纳多?达?芬奇进一步对力的本质等进行了研究。他把力定义为非物质性的作用。是一种精神能力决不是其他任何东西，它是可觉察的事物通过暴力传递或生成的一种看不见的力量。力尽管通常完成重的功能，但力没有重。可以看出，列奥纳多?达?芬奇认为力是由物体产生的作用，但力本身不是一种物质实体，而是一种看不见的能力，力是非物质性的、看不见的作用。于文艺复兴初期科学认识水平的局限性，列奥纳多很难真正认清力的本质，但是他开始对该问题的思考，无疑能引起后人对力的本原问题的深入考察。 亚里士多德最先对运动形式进行了分类，他把物质运动分为性质的变化、数量的增减和位置的变化，即机械运动，并把机械运动分为直线运动、圆周运动和两者的混合运动。根据产生运动的原因，他又把机械运动分为自然运动和反自然运动；根据运动速度的变化情况，他把机械运动又分为匀整运动和不匀整运动。在亚里士多德认识的基础上，列奥纳多对运动作了进一步分类，把运动分为两类：一类是物质运动，另一类是非物质运动。4 亚里士多德还研究过推动力、物体、时间和距离之间的相互关系，他认为它们之间成比例关系。而列奥纳多接受了亚里士多德的观点，他明确指出物体的运动和它的推动力成比例。推动者的力总是与被运动者的重量及介质阻力成比例。奥纳多这些结论性的经验总结是正确的。物体所受力越大，其运动越快，物体越重和所受阻力越大，推动其运动所需要的力也越大。他并且建议人们选择不同的物体运动做实验从中找出普遍规律。而这种思想和认识也正是近代科学所需要的。5 力学理论伴随着我们的日常生活，充实着我们的艺术生活。同时，我们也不断地感受着来自生活中的力学之美。 科 【参考文献】 1王旭.基础教育研究J.生活中的理论力学问题浅析，2010.（4）. 2曹寅.楝亭诗钞卷二M.上海：上海古籍出版社，1983. 3郝桐生.理论力学：（第三版）M北京：高等教育出版社，2003.3.