機械構造中的物理問題探究

欒英凱

(遼寧省實驗中學營口分校,遼寧營口 115000)

早在初中階段我們就已經開始接觸物理知識了,但是那時候的物理知識都是一些相對簡單的原理,而高中三年所學習的物理知識更加深入,同時也更加生動,我們在日常的生活中隨處可見高中物理知識的應用,特別是在機械構造的領域當中。由此可見,如果我們能夠細心觀察生活,留意生活中發現的一些現象、機械等,就能夠大大降低物理學習的抽象感,幫助我們學好物理。另一方面,如果我們能夠在生活中發現物理,那么我們也一定能夠在生活中運用物理知識,不僅僅解決現實中的問題,同時還培養了對物理學習的興趣。本文筆者從高中生的角度出發,結合高中物理課本上學習到的內容,對幾個平時生活中常見的機械設備所包含的物理知識進行分析。

1 挖掘機中的物理知識

經過工地的時候,我們經常會看到挖掘機在工地作業。挖掘機的出現大大提高了施工效率,并且節省了很多的人力。以下我將解釋挖掘機機械臂以及挖掘機履帶中蘊含的物理知識。當我們了解其工作原理后,就能夠更好的了解這個機械,甚至以后有機會還能對現有的設備進行升級和改造。

1.1 挖掘機機械臂中的物理知識

高中物理中,力學知識占了很大的比重,而挖掘機的機械臂就應用了力學知識中的杠桿原理。杠桿是一個統稱,有三類,即省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。通過杠桿平衡公式我們可以界定這三種杠桿。L1×F1=L2×F2,此時如果L1＞L2并且F1＜F2,為省力杠桿,反之為費力杠桿,如果L1=L2且F1=F2,就是等臂杠桿。其中省力杠桿在生活中的應用體現在羊角錘、鐮刀等等,費力杠桿在生活中的應用為筷子、魚竿等。而觀察挖掘機機械臂的工作方式,我們不難看出挖掘機機械臂的動力臂小于阻力臂,在杠桿的分類中是費力杠桿。挖掘機在進行工作的時候能夠以駕駛室為圓心進行360°的旋轉,為了便于旋轉因此機械臂的長度受到了限制。因此費力杠桿原理的應用能夠解決這一問題。能夠360°旋轉的挖掘機最大限度的增加了在一個位置的挖掘效率。

1.2 挖掘機履帶中的物理知識

挖掘機的主要構造就是機械臂、駕駛室和履帶。挖掘機的履帶和我們平時在電視上見到的坦克的履帶非常相似,之所以這樣設計是因為挖掘機自身的特點導致的。挖掘機自重較大,而且挖掘機的工作環境相對惡劣,一般都要在凹凸不平的沙土路線行進以及作業,如果使用普通的充氣輪胎作為挖掘機的移動裝置,大大降低了挖掘機的靈活性,同時還給挖掘機的使用帶來了諸多不便。另外,根據P=F/S可知,在外力相同的條件下,接觸面積越大壓強就越小,而壓強越小所產生摩擦力就越小。挖掘機本身的自重非常大,如果使用充氣輪胎作為其運動裝置,拋開工作環境惡劣的因素,想要移動挖掘機需要的動力遠遠大于履帶作為挖掘機運動裝置做需要的動力,履帶能夠最大限度的降低其在使用過程中需要的能源。與此同時,挖掘機履帶上有許多凹凸不平的棱,他們增大了履帶與地面之間的摩擦力,來抵消挖掘機自重產生的靜摩擦力,來幫助挖掘機在地面靈活運動。

2 發電機中的物理知識

電能是現代社會人們工作生活和學習都無法離開的重要能源之一,電能的出現讓晚上的電燈亮了起來,家用電器能夠運轉,通訊設備能夠正常工作等等,如果沒有了電,我們的生活將無法正常進行。總而言之,電能已經成為當下人們生活中必不可少的能源。在學習高中物理后,我對發電機產生電能的物理原理有了一定了解。

在物理實驗課堂上了解到,發電機主要有定子和轉子兩部分組成。兩塊磁性相反的磁鐵作為定子,磁鐵中間的軸承一端連接了線圈,另一端連接了銅環和電刷等零件。當電路閉合時,閉合電路中的一部分導體在磁場中進行切割磁感應線運動時,我們就會發現實驗電路中連接的靈敏電流計的指針發生了偏轉,即電路中產生了電流。這種現象被稱之為電磁感應現象。在課堂上我們使用的發電機模型中兩塊磁鐵的磁力很有限,而且線圈切割磁感應線的速度也很慢,因此產生的電流也非常微弱。在發電機實際使用的過程中,相關人員可以通過調節磁場的強度或者是切割磁感線的導體的長度來增加電流。

我們知道電流有交流電和直流電之分,想要了解發電機產生的電流是直流電還是交流電我們可以通過電流表的指針擺動方向來判斷。在線圈切割磁感應線的過程中,我們發現電流表的指針在左右擺動,并且呈現規律,可見電流的方向是有著周期性變化的。因為線圈在轉動過程中分別會出現線圈和磁感應線垂直和平行的時候,當導體和磁感應線垂直,產生的感應電流最大,而與磁感應線平行的時候產生的感應電流最小。而且線圈切割磁感應線的運動方向是變化的,所以線圈轉動一周,電流方向就會出現一次變化,這樣的周期性變化使得發電機產生的電流為交流電。

3 結語

高中物理知識雖然只是物理學科所有知識的很小一部分,但是這部分內容已經能夠幫助我們解決很多生活中遇到的問題以及解釋生活中的一些現象。我們所提到的這些器械,為了能夠達到他們的使用效果和功能,在其設計時就必須要應用到相應的物理知識。通過這次的觀察和分析,讓我明白了學習高中物理并不是僅僅為了解決書本上以及試卷上的問題,更重要的是要解決生活中的問題,同時再通過觀察生活更深入的理解課堂上的內容。將課堂的理論和生活的實際結合起來,我們才能真正的做到活學活用。