高中物理力學(xué)知識在建筑中的應(yīng)用

莊淏

摘 要：在人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步的過程中，人們在建筑實(shí)踐中逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，從建筑實(shí)踐中分析和總結(jié)了力學(xué)的理論和方法。在這些力學(xué)理論和方法中，有很多是高中物理力學(xué)中的內(nèi)容。在建筑工程中，很多時候需要用到力學(xué)和結(jié)構(gòu)的分析。本文就高中物理力學(xué)知識在建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高中物理 力學(xué)知識 建筑 應(yīng)用

前 言

物理這門學(xué)科的應(yīng)用性較強(qiáng)，它是通過理論和實(shí)踐結(jié)合而發(fā)展起來的學(xué)科。物理這門學(xué)科不僅跟我們的生活有緊密的關(guān)聯(lián)，而且在建筑工程實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用。為了保障建筑物的安全性能，在建造之前，就必須進(jìn)行受力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計等步驟。因此，可以說，物理力學(xué)是促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的“催化劑”。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理力學(xué)跟科學(xué)技術(shù)的關(guān)系越來越緊密。

1.建筑中的力學(xué)概念分析

在高中物理學(xué)中，“力學(xué)”這個概念是非常重要的，它講的是物體與物體之間的相互作用。假設(shè)某個物體受到其他物體的作用，那么物體會獲得一定的速度和變形，這就叫做“力”。在力學(xué)的范疇內(nèi)，形變是指形狀和體積的改變，運(yùn)動狀態(tài)的改變是指物體的速度大小和方向的改變。在力的作用下，受力物體和施力物體就像一對“孿生姐妹”而存在。縱觀我國建筑工程的發(fā)展歷史，力學(xué)與建筑有著千絲萬縷的關(guān)系，它們兩者也是密不可分的。如果要建造一座建筑，那么在動工之前，就需要進(jìn)行建筑物受力分析和結(jié)構(gòu)分析，這是有效保障建筑安全的重要步驟之一。既然力學(xué)在建筑中具有如此的重要性，那么在建筑中，物理力學(xué)知識有哪些應(yīng)用呢，筆者接下來對此進(jìn)行探討。

2.高中物理力學(xué)知識在建筑中的應(yīng)用

2.1高中物理力學(xué)知識在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

在建筑工程中，不僅要對力學(xué)的理論基礎(chǔ)進(jìn)行拓展，還需要創(chuàng)新設(shè)計理念。這是因?yàn)槲锢砹W(xué)是偏理論性的，而建筑中的力學(xué)實(shí)踐性非常強(qiáng)。在建筑設(shè)計的過程中，不僅要考慮建筑物的安全性，更要考慮其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。因此，很多建筑設(shè)計師在考慮建筑設(shè)計的時候，需要美學(xué)和力學(xué)有機(jī)結(jié)合。比如，在房屋設(shè)計的初始階段，必須為房屋打好地基，并且要做好其結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要考慮好房屋的高度，還要對其外觀等細(xì)節(jié)設(shè)計好，從而為后續(xù)的建造進(jìn)行鋪墊。不僅如此，為了保障房屋的安全性，往往需要從物理力學(xué)知識的角度去進(jìn)行建筑物的受力分析。因此，高中物理力學(xué)知識在建筑設(shè)計中能夠發(fā)揮極大的作用。

2.2高中物理力學(xué)知識在建筑發(fā)展中的應(yīng)用

眾所周知，力學(xué)所涉及的范圍非常廣泛。人類早期對力學(xué)的研究的經(jīng)驗(yàn)主要是從自然現(xiàn)象或勞動所獲取的。

從十七世紀(jì)開始，土木工程中力學(xué)建立了發(fā)展的基礎(chǔ)。在古希臘時代，古希臘哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家阿基米德曾經(jīng)對杠桿的平衡進(jìn)行了研究，并對水中物體的浮力也進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)和思考。在社會逐步發(fā)展的過程中，各種各樣的建筑物的建造無不是古代人們的智慧的體現(xiàn)，其中就用到了不少力學(xué)的基本原理。比如杠桿的作用和斜面物體的利用等。

從十八世紀(jì)開始，大型的工業(yè)革命大大地促進(jìn)了建筑工程的發(fā)展。在這個時期，就出現(xiàn)了一些比較適用的建筑器材和施工機(jī)械。1824年，英國瓦匠亞思普丁在反復(fù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出石灰、黏土、礦渣等各種原料之間的比例，以及生產(chǎn)這種混合材料的方法，最終發(fā)明了水泥。水泥這種建筑材料為建筑工程的進(jìn)一步發(fā)展起到了極大的推動作用。在二十一世紀(jì)，隨著我國改革開放和建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，土木建筑力學(xué)這門學(xué)科得到了深入的研究。所謂土木結(jié)構(gòu)力學(xué)，它是一門專門研究物理受力平衡和構(gòu)建強(qiáng)度、剛度穩(wěn)定的問題，包括了剛體靜力學(xué)、材料力學(xué)等各方面內(nèi)容的力學(xué)。

2.3高中物理力學(xué)知識的應(yīng)用實(shí)例分析

筆者接下來以某拱式橋梁建筑進(jìn)行受力分析，從而探討高中物理知識的應(yīng)用。如圖（a）（b）所示為某拱橋的受力圖。拱橋根據(jù)其拱形斜向受到壓縮力。拱圈和拱肋是拱橋的承載結(jié)構(gòu)。在該拱式橋中，使用的材料是磚塊、石頭和混凝土、鋼筋等。通過橋梁的受力分析可知，拱式橋的外形較為美觀，且具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)合理性。然而，在橋墩和橋臺處，橋梁這些部位會受到較大的水平推力，所以這就對橋的下部結(jié)構(gòu)提出了較高的要求。

圖（a）（b）拱式橋受力圖

3.小結(jié)

建筑的發(fā)展跟物理力學(xué)的發(fā)展有著緊密的關(guān)系。對于每一座建筑物，在建造之前，往往會經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后才開始建造。在建筑建造的過程中，有時候需要通過構(gòu)建建筑模型從而更好地進(jìn)行力學(xué)分析，這些步驟都是為了確保建筑物的安全而進(jìn)行的。不僅如此，在很多大型的橋梁建筑中，必須考慮到橋梁在后期使用過程中的負(fù)荷作用，如何保持受力平衡，如何保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，都是需要經(jīng)過精密分析和計算的。在2011年7月，我國有四座運(yùn)營期的橋梁整體或局部出現(xiàn)坍塌，這為我國的橋梁建筑安全問題敲響了警鐘。鑒于此，對于我們高中生而言，我們必須學(xué)好高中物理知識，從而為以后進(jìn)入建筑工程領(lǐng)域深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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