高中物理力學知識在建筑中的應用

莊淏

摘 要：在人類科學技術發展與進步的過程中，人們在建筑實踐中逐漸積累經驗，從建筑實踐中分析和總結了力學的理論和方法。在這些力學理論和方法中，有很多是高中物理力學中的內容。在建筑工程中，很多時候需要用到力學和結構的分析。本文就高中物理力學知識在建筑中的應用進行了探討。

關鍵詞：高中物理 力學知識 建筑 應用

前 言

物理這門學科的應用性較強，它是通過理論和實踐結合而發展起來的學科。物理這門學科不僅跟我們的生活有緊密的關聯，而且在建筑工程實踐中有著廣泛的應用。為了保障建筑物的安全性能，在建造之前，就必須進行受力分析和結構設計等步驟。因此，可以說，物理力學是促進科學技術進步的“催化劑”。隨著科學技術的發展，物理力學跟科學技術的關系越來越緊密。

1.建筑中的力學概念分析

在高中物理學中，“力學”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”。在力學的范疇內，形變是指形狀和體積的改變，運動狀態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展歷史，力學與建筑有著千絲萬縷的關系，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，就需要進行建筑物受力分析和結構分析，這是有效保障建筑安全的重要步驟之一。既然力學在建筑中具有如此的重要性，那么在建筑中，物理力學知識有哪些應用呢，筆者接下來對此進行探討。

2.高中物理力學知識在建筑中的應用

2.1高中物理力學知識在建筑設計中的應用

在建筑工程中，不僅要對力學的理論基礎進行拓展，還需要創新設計理念。這是因為物理力學是偏理論性的，而建筑中的力學實踐性非常強。在建筑設計的過程中，不僅要考慮建筑物的安全性，更要考慮其經濟性和環保性。因此，很多建筑設計師在考慮建筑設計的時候，需要美學和力學有機結合。比如，在房屋設計的初始階段，必須為房屋打好地基，并且要做好其結構設計，不僅要考慮好房屋的高度，還要對其外觀等細節設計好，從而為后續的建造進行鋪墊。不僅如此，為了保障房屋的安全性，往往需要從物理力學知識的角度去進行建筑物的受力分析。因此，高中物理力學知識在建筑設計中能夠發揮極大的作用。

2.2高中物理力學知識在建筑發展中的應用

眾所周知，力學所涉及的范圍非常廣泛。人類早期對力學的研究的經驗主要是從自然現象或勞動所獲取的。

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

從十八世紀開始，大型的工業革命大大地促進了建筑工程的發展。在這個時期，就出現了一些比較適用的建筑器材和施工機械。1824年，英國瓦匠亞思普丁在反復實驗的基礎上，總結出石灰、黏土、礦渣等各種原料之間的比例，以及生產這種混合材料的方法，最終發明了水泥。水泥這種建筑材料為建筑工程的進一步發展起到了極大的推動作用。在二十一世紀，隨著我國改革開放和建筑事業的蓬勃發展，土木建筑力學這門學科得到了深入的研究。所謂土木結構力學，它是一門專門研究物理受力平衡和構建強度、剛度穩定的問題，包括了剛體靜力學、材料力學等各方面內容的力學。

2.3高中物理力學知識的應用實例分析

筆者接下來以某拱式橋梁建筑進行受力分析，從而探討高中物理知識的應用。如圖（a）（b）所示為某拱橋的受力圖。拱橋根據其拱形斜向受到壓縮力。拱圈和拱肋是拱橋的承載結構。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，且具有較強的經濟合理性。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構提出了較高的要求。

圖（a）（b）拱式橋受力圖

3.小結

建筑的發展跟物理力學的發展有著緊密的關系。對于每一座建筑物，在建造之前，往往會經過多次實驗驗證后才開始建造。在建筑建造的過程中，有時候需要通過構建建筑模型從而更好地進行力學分析，這些步驟都是為了確保建筑物的安全而進行的。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荷作用，如何保持受力平衡，如何保持結構的穩定性，都是需要經過精密分析和計算的。在2011年7月，我國有四座運營期的橋梁整體或局部出現坍塌，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，我們必須學好高中物理知識，從而為以后進入建筑工程領域深造打下堅實的基礎。

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