奇妙世界力学

力学与生活谈到力学，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，尤其是在尹莉老师的谆谆教导下，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。人走路是利用了鞋与地面的摩擦力，向后蹬是给地施加了一个 向后的作用力，然后由于物体间作用力是相互的，所以地也给人一个向前的作用力。 给气球充上密度比空气小的气体，如氢气、一氧化碳，气球就会受到空气对它的向上的大于其本身重力的力，然后我们就看到气球飞向空中。 因为重力，我们无论离地面多远，都不必担心会像太空中在空中飘浮，终有落到地面的时刻。又因为重力，人类想要飞的梦想还没实现，而飞船卫星的起飞是花费的巨大的能量才克服重力的影响。 当别人用手打你肩膀的时候，你受到了他给你的作用力，但是你的肩膀也打了他。两个力是相同的，只不过因为压强的不同，产生的效果也就不一样 力学知识在日常生产、生活和现代科技中应用非常广泛。下面，我就几个方面谈一谈我对生活中力学的认识吧。 （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。 （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。（三）浮力的应用 轮船能漂浮在水面的原理：钢铁制造的轮船，由于船体做成空心的，使它排开水的体积增大，受到的浮力增大，这时船受到的浮力等于自身的重力，所以能浮在水面上。它是利用物体漂浮在液面的条件F浮=G来工作的，只要船的重力不变，无论船在海里还是河里，它受到的浮力不变。根据阿基米德原理，F浮=液gV浮，它在海里和河里浸入水中的体积不同。轮船的大小通常用它的排水量来表示。所谓排水量就是指轮船在满载时排开水的质量。抽水马桶，气球飞机浮标之类，生活中还有游泳，化工实验会用到密度计，流量计等等，都是利用了浮力的原理。 近来，洛阳的“最牛教师”凭靠他的应用力学原理在菜刀上做俯卧撑走红了网络。这位教师曾经在一年内做俯卧撑157万余次，创下吉尼斯世界记录，且至今无人打破该项记录。这位力学教师说不用刻意拘谨在什么地方，只要有一块干净的地板，就可以练习俯卧撑。他拿出一块木板，又从厨房拿来两把老伴日常切菜的菜刀，刀刃向上卡在木板上的槽子中，再将手掌放在刀刃上，连续做了5个俯卧撑。在他的两只手掌上分别留有两道深度均匀的印痕，是刀刃的压力所致，然而并无割伤。这是运用了什么力学原理呢？这位老教师解释，原来是手掌和刀刃的接触面越长，单位受力面积内的压强也就越小，加上他常年坚持练习俯卧撑，手掌上有一层厚厚的老茧，故而不会受伤。看来，力在我们的生活中必不可少啊！大家都知道种子发芽的力量，小时候读过一篇童话一般的文章，一颗竹笋的小种子在雨后生长出来，经过他千辛万苦的努力终于顶破石块伸展出来，从中可以体会到种子力量的强大。这是因为生物力学的作用，然而在我们生活中也有运用生物力学的，我听说以前开采石料老方法：先在山石凿上缝隙，在缝隙中放入大豆，然后再浇上水，不久后山石就会自己“炸”开。很神奇吧？其实是因为大豆在没有浇水之前是干瘪的，所占体积很小，浇过水之后，由于大豆含有丰富的蛋白质，蛋白质吸水之后就会膨胀，体积慢慢膨胀，但是这种生物力很巨大，把山石一点点的撑开，于是就采到了石料。 蛋白质会吸水膨胀，产生不可思议的力量，那么还有呢？细心的人一定会发现的。首先给大家说一个现象：冬天放在外边的盛水的土烧的瓦缸如果结冰严重的话，水缸会被撑破就再也不能用了。这是为什么呢？我们知道，水的特性：在4时，它的密度最大，体积最小；到0时，结成了冰，它的体积不是缩小而是胀大了，比常温时水的体积要大1/10。体积扩大1/10，会产生非常大的力，并且冰的特性也非常的硬，所以就把瓦缸被撑破，如果是刚性的水杯也会被撑得变形。所以由于以上的缘故，冬天抽水的机子一定不要放在外边，本来冬天温度就很低，机子零件有大部分是用钢铁做的，材料性质已经发生改变，所以很容易就被撑坏了，我就做过这蠢事，如果非要放外边，就要保证里边不能有水，不然很容易坏的。还有自来水管，冬天就用一些东西缠起来，就是为了不让温度降得太低，以至于结冰把水管撑破，但是有一种方法可以不用给水管保暖，那就是让水开着不停地流，使水不会结冰就行了。不过不建议大家用这种方法，亲们节约用水啊！ 近年来，工业生产上出现了一种巧妙的新工艺“冰冻成型”，也是冰冻膨胀原理的应用。办法是：根据零件的形状，用强度很大的金属，做一个凹形的阴模和一个凸形的阳模，把要加工的金属板放在两个模的中间，在阳模和密闭的外壳之间，灌满4左右的水，然后把这个装置冷却到0以下。这时，由于水结冰，体积膨胀，所产生的巨大力量把阳模压向阴模，便把金属板压成一定形状的部件了。平时你有没有在我们的身边发现如此现象：1. 为什么旋转球不走直线 罚点球的队员把球踢出去后，对方守门员朝着来球的方向扑去，但是球在半途中改变了方向，绕过守门员射进了球门，球场上响起了一片喝采声 这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的，但为什么旋转的球体就不走直线了呢？这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。这条结论简述为：物体在流体中运动，它周围的流体相对它流速越大处压强就越小，当球如图所示的方向旋转着前进时，球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小，这时球左侧的压强大于右侧，则球受了一个向右的力，所以球从对方大门右侧射入。 2. 跳高时为什么要助跑在体育比赛中，跳远的运动员选择较长的助跑距离，而跳高运动员的助跑距离则要短得多。如果选择较长的助跑距离，是否就跳不高呢？跳高运动员能腾起越过横杆，靠的是助跑的惯性力和起跳蹬地的支撑反作用力。由于惯性力的方向是水平向前的，而支撑反作用力是垂直（或近似垂直）向上的，所以起跳后的身体重心沿着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度，取决于起跳时腾起初速度和腾起角的大小，也就是说，腾起初速度和腾起角是增加跳高高度的关键。一般说来，应该尽可能增大这两项数值。最大腾起角为90度。然而，由于跳高不是单纯的垂直向上运动，越过横杆还必须有一个向前的力量；再则，还须充分利用水平速度来增大腾起初速度，因此，腾起角应小于90度。至于腾起初速度，则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。腾起初速度越大，跳得就越高。当腾起角一定时，腾起初速度是起决定作用的。 以上问题都比较简单，如果你细心留意，你会发现更多有意思的事。在以往的力学学习中，我们都会觉得力学是非常枯燥的，是难以捉摸的。但在这门选修课程中，我们了解了一些生活中可见可知的力学实例，知道了物理、力学知识在生活中是可知可感的。并且老师也