淺談物理知識在建筑物中的應(yīng)用

王星棋

摘 要：生活中的建筑物與高中物理學(xué)中的聲、光、熱的物理原理緊密聯(lián)系，物理學(xué)的原理對建筑的直接或間接的影響。建筑物中的物理學(xué)是研究建筑中聲、光、熱的物理現(xiàn)象和運動規(guī)律，是建筑學(xué)的組成部分。本文主要介紹現(xiàn)實生活中的建筑聯(lián)系高中課程中學(xué)到的光學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)的知識，探討高中物理知識在建筑學(xué)中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理；建筑學(xué)；應(yīng)用分析

中圖分類號：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0081-01

1 引言

現(xiàn)代生活中我們無時不刻的都要面對建筑，各種商場，辦公樓，茶餐廳等等。建筑在我們生活中有著舉足輕重的地位，我們的衣食住行都離不開建筑。那么，就不得不考慮生活中的建筑是否滿足建筑物理學(xué)規(guī)律。同時生活中的建筑大多都是根據(jù)物理原理中的聲學(xué)，光學(xué)，熱工學(xué)等方面的要求建成的。

2 日常建筑中高中物理知識的應(yīng)用

2.1 建筑中的光學(xué)知識應(yīng)用

我們都知道，人們待在室內(nèi)的時候是最舒適的。因為日光或是人工照明的燈光都是舒適合宜、明亮適度的。大家都清楚，白光可以分散為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種色光。同時我們所用的普通的白熾燈泡，他的光譜中藍(lán)色光種的成份比較少，所以在室內(nèi)運用白色粉刷的白粉里面，工人們常常添加一些藍(lán)色的顏料就是因為這個，以求在晚上開白熾燈時使室內(nèi)的光線變得更加光亮、柔和。建筑物中的玻璃幕墻利用光的反射系數(shù)高達(dá)0.8的鍍膜反射玻璃作為建筑物外飾面，常用于高層建筑中。在玻璃幕墻上反射出的是藍(lán)天白云和周圍環(huán)境的鏡像，豪華美觀十分誘人。壓花玻璃的表面各處一般都是凹凸不平的，當(dāng)光線投射到粗糙物體表面上時，它將朝各個方向發(fā)生漫反射；同時在各點處光線的折射方向又是不相同，所以透過的光線都不是平行的[1]。正因為如此，所以當(dāng)用于用于采光就是這個原理，既能保持了室內(nèi)明亮的環(huán)境，又可防止被外界的窺視。大多數(shù)家庭洗手間和一樓住戶所用的窗扇常用是壓花玻璃。

另外，現(xiàn)代建筑設(shè)計中，為了有利于內(nèi)部采光，都會利用建筑物外墻上的采光口，也就是側(cè)窗進(jìn)行采光。側(cè)窗采光的優(yōu)勢在于建構(gòu)簡單、造價低廉且使用維護(hù)方便，由于光線有很強的方向性，有利于顯現(xiàn)立體造型，易與室外聯(lián)系等優(yōu)點，因此使用廣泛。側(cè)窗一般放置在1m左右高度。有時為了爭取更多的可用墻面，或提高房間深處的照度，以及其他原因，將窗臺提高到2m以上，稱高側(cè)窗。

2.2 建筑中的熱學(xué)知識應(yīng)用

隨著居民生活水平的逐漸提高，有些新建的住宅小區(qū)空調(diào)設(shè)置成為樓房建筑的常用部分。空調(diào)器本身是一臺制冷機。工作物質(zhì)在循環(huán)工作時，外界作功往往設(shè)為A，即在室內(nèi)吸收的熱量為Q1，同時把熱量Q2放出室外，如此循環(huán)，且IQ1I=Q2+IAI。在冬天時，室外環(huán)境往往是作為冷源的，由此室內(nèi)則作為熱源。當(dāng)工作物質(zhì)在循環(huán)工作時，設(shè)外界作功A，室外吸收的熱量為Q2，向室內(nèi)輸送的熱量為Q1，往往就是用這種原理制成供熱裝置我們稱之為熱泵。

在現(xiàn)實生活的建筑物中，一般都會安裝太陽能熱水器，這個太陽能熱水器就是我們物理中學(xué)到的熱學(xué)在建筑物上的應(yīng)用。一開始時，為了使太陽能熱水器能走進(jìn)建筑這個行業(yè)，研發(fā)者在研究太陽能熱水器與建筑物相協(xié)調(diào)的總體方案時，在高層建筑來說，是將太陽能熱水器安裝在樓房的陽臺上，面相朝南，如圖1所示，集熱器與貯水箱之間通過上下循環(huán)管連接成自然循環(huán)系統(tǒng)。集熱器沿東西安裝在陽臺的護(hù)圍墻的外面[2]。水箱則是安裝在陽臺的護(hù)圍墻的里面，取水則是采用的頂水法取水，其具有與建筑物結(jié)合好，壓力大，可隨時用等眾優(yōu)點。

現(xiàn)代的建筑大多數(shù)會對屋頂以及墻面進(jìn)行綠化，就是為了減少外界的熱量。當(dāng)建筑朝向為正西時，建筑室內(nèi)熱環(huán)境受太陽輻射的影響最為明顯，太陽輻射得熱量最大。因此，分別建立西向外墻有綠化和西向外墻無綠化房間模型，外墻綠化模式為植物貼附建筑表面。例如在某地區(qū)，夏季室外空調(diào)設(shè)計參數(shù)為：干球溫度td=3512℃，濕球溫度ts=26℃，焓值hw=80184kJPkg。可知外墻綠化平均氣溫下降幅度為3～5℃，本文取最低值3℃，即tw=3212℃。可得hw=77172kJPkg。設(shè)室內(nèi)空氣干球溫度tn=26℃，相對濕度φ=65%，則hn=hn=61163kJPkg，由此，可以看出當(dāng)采用墻體綠化后，空調(diào)負(fù)荷降低率至少有10%。

2.3 建筑中的力學(xué)知識應(yīng)用

我們學(xué)習(xí)的物理力學(xué)原理里的阿基米德原理就經(jīng)常應(yīng)用與建筑中，阿基米德原理是一條基本的物理學(xué)原理，它的表述是；浸在液體里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體受到的重力。用公式表示：

F浮=G排液=m排液g=ρ液V排液g

近年來，設(shè)計技術(shù)的迅速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)的大空間逐漸增多，一些大空間的鋼筋混凝土樓板往往是通過采用埋設(shè)管道的方法來減輕自身的重量，即做成現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋。這些空心樓蓋中的管道，無論其材質(zhì)是鋼材、塑料還是混凝土之類的其他材料，但是由于這管道是空心的，所以排開的混凝土的體積都是其截面積乘以長度。

例如某工廠生產(chǎn)的一批GBF管，直徑為250mm、壁厚25mm、重13kg/m當(dāng)將其埋設(shè)在現(xiàn)澆混凝土中的時候，排開的體積卻是3.14×0.252/4×1=0.049。此時，以現(xiàn)澆混凝土為液體，GBF管所受到的的浮力是0.049×24=1.176kN，由于浮力大于空心管的重量，所以埋設(shè)在現(xiàn)澆混凝土中的空心管在混凝土澆筑的過程中將發(fā)生上浮。因此，這類管道往往在混凝土澆筑時，一般會采取相應(yīng)的措施來防止管道上浮，并且措施中應(yīng)該考慮了包括對浮力和抗浮力的計算。

與此同時，阿基米德原理還廣泛應(yīng)用在抗浮設(shè)計等方面。有些特定的建筑結(jié)構(gòu)會位于地下水位以下，但是設(shè)計一般要求結(jié)構(gòu)必須施工到某些一定層數(shù)，才能停止降水，這主要是因為當(dāng)?shù)叵率遗砰_的水的重量大于建筑結(jié)構(gòu)自身重量時，停止降水會導(dǎo)致地下水位上升由此可能造成地下室上浮。

3 結(jié)語

我們生活中的建筑物多種多樣，特別是現(xiàn)代的建筑物真是令人眼花繚亂，雖然建筑物的形狀以及特點在改變，但是建筑物中包含的物理原理是不變的。無論怎樣去建造，都是依據(jù)物理中的原理去進(jìn)行改變，主要也是為了使生活在建筑物中的人們更加的便利，因此，我們在生活的過程中，應(yīng)該學(xué)會去觀察身邊的建筑物，更好的學(xué)習(xí)物理原理。

參考文獻(xiàn)

[1]王建國，張彤.國外建筑史叢書---安藤忠雄[M].中國建筑工業(yè)出版社，1999，（75）：66-68.

[2]劉建榮，等.房屋建筑[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1900，（98）：97-99.endprint