1、身边的力学 摘要： 物理学是一门自然科学，与我们的生活有着紧密的联系。 我们平时都很难想到力学在生活中具体有着什么作用，然而力学在生活中的应用有很多，人人都知道几乎所有的实体都和力学有着关系， 我们的祖先在很久之前就利用力学知识来有效地提高生产效率，改善生活质量。 一、 引言 生活中的很多东西隐含了多方面的力学理论知识。总结它们的共性与异处可以应用于体育运动、军事等生产生活的多个方面。本文通过几个例子来通过对生活事物的描述以及一些简单的解析来介绍一些身边的力学应用。 二、 正文 例一：垃圾篓的耐用与否如何判断 如图所示的两种 垃圾篓，都有人使用过，图一这种垃圾篓相比图二更容易损坏。当在上面加上
2、一定重物，如书本等，可以明显看到周边的竖条发生轻微的扭转和平面外挠曲，而第二种的抗扭明显好于前者，分析原因，篓二之所以扭不动，是因为斜肋起作用，将篓一的纵肋改为斜肋，双倍提高抗扭性。所以我们选择垃圾桶要选择有斜肋的。 图一 图二 例二： 拔河比赛比的是什么？ 根据牛顿第三定律（即当物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必然 同时给物体甲一个反作用力，作用力与反作用力大小相等，方向相反，且在同一直线上），对于拔河的两个队，甲对乙施加了多大拉力，乙对甲也同时产生一样大小的拉力。可见，双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。对拔河的两队进行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力，就不会被
3、拉动。因此，增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。 首先，穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，能够增大摩擦系数，使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重，对地面的压力越大，摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时，大人很容易获胜，关键就是由于大人的体重比小孩 大。 另外，在拔河比赛中，胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地，在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如，人向后仰，借助对方的拉力来增大对地面的压力，等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力，以夺取比赛的胜利。 例三：为什么水槽的下水管常做成弯曲的 ? 这是利用连通器的原理。下水管做成弯曲形状，这就制成了一个连通器，液体不流动的情况下，
4、连通器的液面总保持相平，当上面的水管不使用时，没有水流入下水管中，弯曲水管中的 左右 管水平面相平，这样可以阻止下水道里污水的臭气上升；而当上 面的水管使用时，水流入下水管内，由于 右边 管液面升高， 左右两边 液面不平，产生压强差，从而使水开始流动，脏水流走。 例四：如何做稳固的椅子？ 由于不良的椅子结构所造成的浪费是非常惊人的，浪费木材，也浪费钢材。椅子破坏的原因：是出现平行四边形。靠背可以左右摇动，人们抱怨制作不牢靠，木质不坚硬等，但研究一下实例，分析一下，不是结构问题，而是措施不足的问题。可以用三角形措施方法解决。如下面一组图中所示： 例五： 为什么幼儿学走路易摔跟斗 ？ 幼儿在最初学
5、走路时总是摔跟斗，一方面由于腿部力量不 足有关，主要的原因是幼儿不会控制自己的重心所致。成年人的小脑受到外界的力量袭击以后，也是神经系统不能有效地控制自身的重心容易跌倒。 例六： 高空走钢丝 的奥秘 手持平衡长杆在高空走钢丝的稳度比高空骑车大得多。因为这是一种有支轴的平衡，轴为双足，其重心在支轴的上面，是一种不稳定的平衡。重力的作用线稍稍偏离支轴，就会产生一个新的力矩使人掉下来。那么演员靠什么来保持平衡呢？主要是调节手中的平衡杆来实现。当人在钢丝上时，人的重心略微偏向右侧时产生一个顺时针的力矩，演员立即将杆移向左边，杆对人产生一个略大于 前者的逆时针的力矩，使人恢复到竖直位置；反之亦然。这时，
6、演员的灵敏度就极为重要。重心变化察觉迟了移杆也就无济于事。 例七：为何猫从高处落下不死？ 倒提猫的四肢，松手后，猫在空中仍能转过 180度，落地时四脚着地。其实，一旦松手后，猫体即弯曲这是关键动作，然后猫的上身绕轴 AA 转动，按角动量守恒，猫的下半身反方向转动，但因为猫的弯曲，下半身质元离轴 AA 距离远大于上半身离轴 AA 的距离，故反方向转动不明显。以后，猫的后半身绕 BB 跟着转动；这时猫上身各质元离 BB 轴距离又远大于下半身的，故上半身不发生明 显反方向转动，最后四脚着地。尾巴的转动亦能也能起到调节补偿作用，但不是主要的，有的人用割去尾巴的猫做实验，猫亦能四脚着地。 例八：流体力学
7、的应用 生活中常见的这些来来往往飞驰的汽车，简直是与流体力学的巧妙结合。好的汽车表面都有着近乎完美的流线， 为了让 运动时 汽车车身上的气流顺利通过，减少车身上对气流的扰动，减少涡流的产生 ，以增大行驶速度 。车的前部设计成稍微偏下的样子，是为了减少 当速度增大时从车底流过造成作用在车身上的 升力 ，这样车辆就不会在高速行驶时打滑、刹车困难了 。 对赛车而言， 它需要的是负升力 ，也就是下压力；这是通过把机翼状的导流板颠倒安装 ， 然后用活动板条把侧舱与地面之间的间隙密封起来，以防止气流从侧面进入车底。车尾的喉管使车底的空气加速流动，从而形成了一个低压区，由此产生的巨大下压力把赛车吸向地面。
8、这样汽车就可以牢牢的抓住地面，更好的掌握制动的能力。 同样在游泳的时候，也受到流体的作用。游泳是在水中进行的周期性运动。人在水中的漂浮能力与身体所持姿势直接相关。身体保持流线型（吸足气），使重心与水的浮心接近一条直线，就能漂浮较长时间；如果先吸足气，双臂却紧贴体侧，胸腔虽充足气，但下肢相对上 身比重较大，下肢很快就会下沉。因此，游泳不但要充分利用水的浮力，而且要尽量减少失去浮力的时间，如头不要抬得太高，身体不能起伏转动太大，空中移臂时间宜短等。 还有一个就是我们常说的飞机为什么要逆风起飞的问题。飞机逆风向起降的原因主要有两个，一是可缩短飞机起飞或着陆的滑跑距离，二是较安全。飞机起飞时，如果有风
9、迎面吹来，在相同速度条件下，其获得的升力就比无风或顺风时大，因而就能较快地离地起飞。迎风降落时，就可以借风的阻力来减小一些飞机的速度，使飞机在着陆后的滑路距离缩小一些。 例九：为什么肥皂泡 总先上升后下降？ 日常生活中，我们常希望肥皂泡能飘浮于空中，形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升，随后便下降，这是为什么呢 ? 这 个 过程和现象 是因为 在开始的时候，肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气，肥皂膜把它与外界隔开，形成里外两个区域，里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时，肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度，根据阿基米德原理可知，此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力，因此它会上升。
10、这个过程就跟热气球的原理是一样的。 随着上升过程的开始和时间的推移，肥皂泡内、外气体发生热交换，内部气体温度下 降，因热胀冷缩，肥皂泡体积逐步减小，它受到的外界空气的浮力也会逐步变小，而其受到的重力不变，这样，当重力大于浮力时，肥皂泡就会下降。 例十：为何雨伞可以防雨？ 雨伞防雨的 奥妙就在制作材料上。它是用防雨布（经过防水剂处理的普通棉布）制成的。防水剂是一种含有铝盐的石蜡乳化浆。石蜡乳化以后，变成细小的粒子，均匀地分布在棉布的纤维上。石蜡和水是合不来的、水碰见石蜡，就形成椭圆形水珠，在石蜡上面滚来滚去。可见，是石蜡起了防雨的作用。物理学上把这种不透水的现象，叫做“不浸润现象”。而水一旦遇到
11、普通棉布，就通 过纤维间的毛细管渗透进去，这就叫做“浸润现象”。 物体是由分子组成的。同一种物质的分子之间的相互作用力，叫做内聚力；而不同物质的分子之间的相互作用力，叫做附着力。在内聚力小于附着力的情况下，就会产生“浸润现象”；反之，则会出现“不浸润现象”。雨衣不透水，正是由于水的内聚力大于水对雨衣的附着力的缘故。 物理学还告诉我们：水的内聚力作用在水表面形成表面张力。水的表面张力使水面形成一层弹性薄膜，当水和其他物体接触时，只要水对它不浸润，那么这层弹性膜就是完好的、可以把水紧紧地包裹着。 三、 感想 简简单单的力学 原理，就可以带给我们这么多的创造和乐趣，通过这次的思考，我深深地感受到了自然科学的力量。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。 但现在 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。我们或许缺少的就是理论联系实际的意识，能够学到理论知识确实很重要，然而无法同实际相联系，那么理论知识也是屠龙之术，毫无作用可言了 。
