高中物理力學知識在土木工程中的應用研究

李振

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）14-0172-01

在人類現代文明發展過程中，土木工程扮演著重要角色，給人類社會創造了嶄新的建筑環境。對于土木工程建筑構造來說，力學可謂其根基性存在，對建筑產品穩定性具有重要影響。在高中物理知識中，力學作為重要組成部分，在土木工程中有著廣泛應用。對高中物理力學知識在土木工程中的應用進行研究，能夠讓我們更加深入地了解高中物理力學知識。本文即對高中物理力學知識基本內容及其與土木工程的理論聯系進行分析，并通過實例對高中物理力學知識在土木工程中的應用進行探究。

一、高中物理力學知識及其在土木工程中應用理論

在土木工程中，建筑力學為其基礎理論。建筑力學共分為三大部分：一為理論力學，對物體在力的作用下平衡問題進行研究；二為材料力學，對材料在各種外力作用下產生的變化極限進行研究；三為結構力學，對工程結構受力于傳力規律等進行研究。但無論是哪一種力學，均以力學為基礎，是對高中物理力學知識的擴展應用。而從力學的發展來看，其也與土木工程的推動與促進密切相關。土木工程對于力學知識來說，營造了天然的實驗環境，能夠不斷地激發新的力學問題，促進力學理論的發展，可以實現對力學知識的驗證與補充。在土木工程的發展過程中，高中物理力學知識發揮了重要應用價值，得到了廣泛應用。

二、高中物理力學知識在土木工程中的應用實例

在土木工程領域中，建筑工程的穩定性為其必須考慮的重點因素。在現實生活中，雖然人們建造了諸多的神奇建筑，令人感到不夠穩定，如比薩斜塔及蘭卡威天塹飛橋等，但這些建筑實際上均屬于穩定結構，可以通過力學原理進行解釋。在土木工程實踐中，力學知識的應用關鍵在于確保建筑體的穩定性。以中國石拱橋來說，該種建筑為我國古代勞動人們的智慧結晶，在全世界范圍內均聞名遐邇，雖然石拱橋僅僅是簡單的石塊所堆砌的橋梁，但卻能夠很好地保持穩定，實現力的平衡。這是因為我國石拱橋建造堆砌雖然看起來較為簡單，但卻充分地利用了力學知識，實現自身的穩定性與平衡。以石拱橋建筑為例，可對高中物理學知識在土木工程中的具體應用形成直觀的了解。

假設一座石拱橋通過1、2、3、4四塊石塊構成（見圖1），石拱橋左右結構對稱，其中第1塊石塊、第4塊石塊同地基保持相連狀態，第2塊石塊又同第1塊石塊相連，第3塊石塊同第4塊石塊相連。對于這座石拱橋，可通過力的平衡原理展開力學分析。對這座石拱橋進行分析的過程中，可分別針對四塊石塊的受力加以分析，石拱橋的第1塊石塊不僅會受到石塊的重力 G1，而且會受到地基的反作用力F0，同時會受到第2塊石塊所施加的反作用力F21，其所受到的力的作用共包括三個，基于正交分解法，即可對相應工程進行列出。

石拱橋的第2塊石塊在受力方面，不僅會受到自身重力G2，同時會受到第1塊石塊施加的反作用力F12，還會受到第3塊石塊施加的反作用力 F32，共受到三個力的作用，同樣可通過正交分解法對其實施受力分析，列出方程。因第3塊石塊同第4塊石塊與第1塊石塊、第4塊石塊結構具有對稱性，所以可采用同樣的分析方法，只是方向為相反方向，所以在這里不再對這兩塊石塊進行受力分析。

通過以上對石拱橋進行的受力分析可以看到，基于力的平衡原理，對于每個石塊均可展開受力分析，繼而實現在橋梁最大受力值方面的計算，利用最大受力值確定工程實際操作可控力范圍，為橋梁安全與穩定性提供切實保障。這種研究雖然僅僅是針對橋梁平衡所展開的研究，但針對橋梁在實際使用過程中形成的負載問題，同樣能夠以相同思路進行分析。這樣，通過對力的平衡進行計算，就可以用在設計橋梁過程中選擇截面尺寸以及合適的建筑材料和如何使橋梁經濟化等。可以看出，在土木工程實踐中，高中物理力學知識具有重要作用。

所有建筑工程的建造，都與力學密切相關，可以說如缺少可靠的力學支撐，就無法對建筑結構的安全加以保證，也無法建造出諸多優秀的建筑物等。所以，在土木工程的發展過程中，作為其建筑力學的重要基礎，高中物理力學知識有著廣闊的應用空間。在科技不斷進步的今天，高中物理力學知識仍然可同土木工程各種先進技術融合起來，促進土木工程力學應用與發展，為該行業提供更好服務，使土木工程在穩定性與安全性以及實用性方面均得到不斷提高，這也是現代建筑物發展的必然趨勢，在物理力學知識支撐下，土木工程才能越走越遠。