生活中一些實例的力學原理分析

王寧

（山東省臨沂市第一中學,山東 臨沂 276000）

生活中一些實例的力學原理分析

王寧

（山東省臨沂市第一中學,山東 臨沂 276000）

物理學是一門自然科學，與我們的生活有著緊密的聯系。我們平時都很難想到力學在生活中具體有著什么作用，然而力學在生活中的應用有很多，人人都知道幾乎所有的實體都和力學有著關系，我們的祖先在很久之前就利用力學知識來有效地提高生產效率，改善生活質量。

力學；生活；物理

生活中的很多東西隱含了多方面的力學理論知識。總結它們的共性與異處可以應用于體育運動、軍事等生產生活的多個方面。本文通過幾個例子來通過對生活事物的描述以及一些簡單的解析來介紹一些身邊的力學應用。

例一：拔河比賽比的是什么？

根據牛頓第三定律（即當物體甲給物體乙一個作用力時，物體乙必然同時給物體甲一個反作用力，作用力與反作用力大小相等，方向相反，且在同一直線上），對于拔河的兩個隊，甲對乙施加了多大拉力，乙對甲也同時產生一樣大小的拉力。可見，雙方之間的拉力并不是決定勝負的因素。對拔河的兩隊進行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于與地面的最大靜摩擦力，就不會被拉動。因此，增大與地面的摩擦力就成了勝負的關鍵。首先，穿上鞋底有凹凸花紋的鞋子，能夠增大摩擦系數，使摩擦力增大；還有就是隊員的體重越重，對地面的壓力越大，摩擦力也會增大。大人和小孩拔河時，大人很容易獲勝，關鍵就是由于大人的體重比小孩大。

另外，在拔河比賽中，勝負在很大程度上還取決于人們的技巧。比如，腳使勁蹬地，在短時間內可以對地面產生超過自己體重的壓力。再如，人向后仰，借助對方的拉力來增大對地面的壓力，等等。其目的都是盡量增大地面對腳底的摩擦力，以奪取比賽的勝利。

例二：為什么水槽的下水管常做成彎曲的?

這是利用連通器的原理。下水管做成彎曲形狀，這就制成了一個連通器，液體不流動的情況下，連通器的液面總保持相平，當上面的水管不使用時，沒有水流入下水管中，彎曲水管中的左右管水平面相平，這樣可以阻止下水道里污水的臭氣上升；而當上面的水管使用時，水流入下水管內，由于右邊管液面升高，左右兩邊液面不平，產生壓強差，從而使水開始流動，臟水流走。

例三：如何做穩固的椅子？

由于不良的椅子結構所造成的浪費是非常驚人的，浪費木材，也浪費鋼材。椅子破壞的原因：是出現平行四邊形。靠背可以左右搖動，人們抱怨制作不牢靠，木質不堅硬等，但研究一下實例，分析一下，不是結構問題，而是措施不足的問題。可以用三角形措施方法解決。如下面一組圖中所示：

例四：為什么幼兒學走路易摔跟斗？

幼兒在最初學走路時總是摔跟斗，一方面由于腿部力量不足有關，主要的原因是幼兒不會控制自己的重心所致。成年人的小腦受到外界的力量襲擊以后，也是神經系統不能有效地控制自身的重心容易跌倒。

例五：高空走鋼絲的奧秘

手持平衡長桿在高空走鋼絲的穩度比高空騎車大得多。因為這是一種有支軸的平衡，軸為雙足，其重心在支軸的上面，是一種不穩定的平衡。重力的作用線稍稍偏離支軸，就會產生一個新的力矩使人掉下來。那么演員靠什么來保持平衡呢？主要是調節手中的平衡桿來實現。當人在鋼絲上時，人的重心略微偏向右側時產生一個順時針的力矩，演員立即將桿移向左邊，桿對人產生一個略大于前者的逆時針的力矩，使人恢復到豎直位置；反之亦然。這時，演員的靈敏度就極為重要。重心變化察覺遲了移桿也就無濟于事。

例六：為何貓從高處落下不死？

倒提貓的四肢，松手后，貓在空中仍能轉過180度，落地時四腳著地。其實，一旦松手后，貓體即彎曲這是關鍵動作，然后貓的上身繞軸AA轉動，按角動量守恒，貓的下半身反方向轉動，但因為貓的彎曲，下半身質元離軸AA距離遠大于上半身離軸AA的距離，故反方向轉動不明顯。以后，貓的后半身繞BB跟著轉動；這時貓上身各質元離BB軸距離又遠大于下半身的，故上半身不發生明顯反方向轉動，最后四腳著地。尾巴的轉動亦能也能起到調節補償作用，但不是主要的，有的人用割去尾巴的貓做實驗，貓亦能四腳著地。

例七：流體力學的應用

生活中常見的這些來來往往飛馳的汽車，簡直是與流體力學的巧妙結合。好的汽車表面都有著近乎完美的流線，為了讓運動時汽車車身上的氣流順利通過，減少車身上對氣流的擾動，減少渦流的產生，以增大行駛速度。車的前部設計成稍微偏下的樣子，是為了減少當速度增大時從車底流過造成作用在車身上的升力，這樣車輛就不會在高速行駛時打滑、剎車困難了。對賽車而言，它需要的是負升力，也就是下壓力；這是通過把機翼狀的導流板顛倒安裝，然后用活動板條把側艙與地面之間的間隙密封起來，以防止氣流從側面進入車底。車尾的喉管使車底的空氣加速流動，從而形成了一個低壓區，由此產生的巨大下壓力把賽車吸向地面。這樣汽車就可以牢牢的抓住地面，更好的掌握制動的能力。

同樣在游泳的時候，也受到流體的作用。游泳是在水中進行的周期性運動。人在水中的漂浮能力與身體所持姿勢直接相關。身體保持流線型（吸足氣），使重心與水的浮心接近一條直線，就能漂浮較長時間；如果先吸足氣，雙臂卻緊貼體側，胸腔雖充足氣，但下肢相對上身比重較大，下肢很快就會下沉。因此，游泳不但要充分利用水的浮力，而且要盡量減少失去浮力的時間，如頭不要抬得太高，身體不能起伏轉動太大，空中移臂時間宜短等。

結語

簡簡單單的力學原理，就可以帶給我們這么多的創造和樂趣，通過這次的思考，我深深地感受到了自然科學的力量。在以往的力學學習中，我們都會覺得力學是非常枯燥的，是難以捉摸的。但現在我們了解了一些生活中可見可知的力學實例，知道了物理、力學知識在生活中是可知可感的。我們或許缺少的就是理論聯系實際的意識，能夠學到理論知識確實很重要，然而無法同實際相聯系，那么理論知識也是屠龍之術，毫無作用可言了。

王寧（1999-），男，山東省臨沂市第一中學學生。