浅析高中物理力学在建筑领域中的应用

常润泽

摘 要：高中物理中的力学原理在建筑领域的应用甚广，文章分析了力学在建筑工程中的应用，主要介绍了力学的概念和基本内容，阐述了力学与建筑的基本关系，以期为相关研究提供参考。

关键词：物理力学；建筑领域；应用

中图分类号：G633.7文献标识码：A收稿日期：2018-01-04

在建筑过程中，各项建筑工程不断地为人类的社会创造崭新的物质环境，为社会的发展做出了重要贡献，力学原理是建筑构造的基本原理之一。力学的应用会对建筑产品的稳定性产生直接的影响，从历史的角度，我们可以看到在人类发展历史的过程当中有很多新奇的建筑，如比萨城斜塔、空中花园等，这些建筑看似奇特，但都符合力学的建筑原理。

一、力学的基本内容

在高中物理中，力的定义为物体间的相互作用，一个物体受到另一个物体的作用，前者是受力物体后者是施力物体。根据性质，力分为重力、弹力、摩擦力、电磁力等；根据效果，力分为拉力、压力、支持力、重力、阻力等。通过力的合成、分解与平衡，形成力的作用效果。通过对力的详细分类，我们对力学有清楚的认识。力学作为整个物理学习的基础，也是物理学习的重点和难点。力学来源于生活，通过对力学的学习能够分析问题、解决问题，突出学习的实际成果。将理论学习转化为实践成果应用于生活之中，是我们学习力学的根本目标。

二、力学与建筑学的关系

建筑力学是建筑工程的基本理论，由理论力学、材料力学和结构力学组成。建筑力学通过对物体受力的分析以及对物体在作用力作用下的平衡问题进行探讨，研究材料受到外力作用所产生的变化和破坏的程度，通过研究工程结构和受力传递的规律，对工程建筑的结构进行整体的优化，以力学为基础，全面完善建筑工程的质量。建筑力学是力学的发展与应用，在力学的基础上对建筑力学进行研究，可更好地推进我国建筑行业的发展。另外，力学的发展离不开建筑力学的推动。如果在建筑过程中出现了工程技术问题，需要用实验方法来对需要解决的问题进行探讨，就可以利用已有的建筑环境来进行实验验证力学原理，并根据现有的问题提出新的力学问题。这样可以推动力学理论的发展，再将之应用于实际的建筑工程中。由此可见，建筑力学是在力学的基础上进行全面的扩展与应用，二者之间相互促进、共同发展。

但是两者在发展的过程中也存在着很多差别，有些力学原理和力学方法在应用的过程中会遇到很多阻力，比如，力学原理可以解释高温气体、气体激光器和物理领域的问题，但建筑力学却无法全面概括力学发展过程中的各项问题。因此，建筑力学领域的问题仍要依托力学的原理进行探讨解决。

三、力学在建筑工程中的应用

力学在建筑工程中得到了很多专家与学者的重视，我国的石拱桥建筑在全世界建筑发展史中闻名遐迩。通过简单的石块堆砌就能使整个桥体处于稳定的状态，这使得很多国外的专家学者感到惊奇。笔者以我国常见的石拱桥为例，进行了简单的分析：

假设有一个石拱桥，总共由四块石块构成，并呈现左右对称的状态，第一块和第四块石头与地基相连，第二块和第三块石块分别与第一块和第四块石头相连接，通过力的平衡原理，对这一石拱桥的受力进行分析。第一块石头共受到三个作用力，分别是石块的重力、地基的反作用力和第二块石头给它的反作用力。第二块石头受到三个作用力，包括石块的重力，第三块石头给它的反作用力和第一块石头给它的反作用力，通过正交分解法对两块石头进行力的分析，如下图所示。

通过上述分析可以看出，在力的平衡原理作用下通过对静止状态的物体受力进行分析，能够计算出最大的受力值，以最大的受力值作为可受力的上限，保证桥梁的安全运行，在计算的过程中没有充分考虑承载汽车等荷载的情况，通过同样的思路进行力的平衡的计算，可以对桥梁设计的界面、尺寸材料的选择进行全面的分析。以我国河北省的赵州桥为例，伏拱的存在，让赵州桥的圆弧形拱轴线表现出了合理的恒载压力线的特点，伏拱所发挥出来的降低桥身自重的作用，也在消除拱轴线斜面的拉应力，提升赵州桥的实用性能。

四、力学的发展

力学与建筑力学的结合，主要体现在包括静力学、运动学以及动力学方面。静力学主要研究物体在力的作用下处于平衡的状态，如何通过各种力的分析建立平衡条件，建立力的分解体系综合分析物体的受力状态，将这些分析方法与分析原则应用到实际的建設中，其中分析原则包括平行四边形法则和三角形法则。静力学与力学原理中的惯性和牛顿三定律等内容也联系紧密。建筑固体力学是通过研究物体机械性质对建筑在外界温度作用下的表现进行观测和分析，固体力学与力学的联系比较紧密。除了固体力学以外，材料力学内容也是建筑工程领域所不可忽视的力学理论知识。力学中的拉力、压力和阻力是材料力学进行分析的理论条件，材料力学中重要的研究内容为杆件的力学分析，即对杆件在作用的过程中涉及的力的合成分解和平衡进行弹性力学分析。从固体力学与材料力学之间的关系来看，力学中的动力、摩擦力等固体力学内容可以划分为动力学。最后是建筑流体力学，人类在不断的学习发展过程中，从生产实践中逐步探索出建筑流体力学，应用案例主要包括扩大规模的供水管道的建设，通过对流体运动的计算和地下室水流对建筑物影响的测定，进行了流体力学的理论分析，包括物体浮力定律和浮体稳定性的分析。流体力学对建筑力学的发展有着不可替代的作用。流体静力学是流体力学中的一大重要分支，流体力学的研究为流体静力学的发展奠定了基础。浮力与液体的平衡理论是力学原理的一大重要研究方向，也可以在大型的水利工程建设过程中进行应用，如秦朝李冰父子建立的都江堰至今都在发挥着巨大的作用。根据相关资料反映的信息，都江堰水利工程应用了物理力学知识中的流体力学原理。都江堰的渠首工程为岷江由峡谷进入成都平原的起始段，这一设计方案使得都江堰工程在实际应用过程中可能出现的泥沙卵石沉积问题得到解决，在弯道环流原理的影响下，泥沙和卵石会被水流冲至外江，进而为外江的正常进水提供保障。与之相关的水利技术在历史发展过程中的传播与传承，对其他地区水利工程建设技术的发展有着积极的促进作用。

综上所述，通过对力学在建筑领域中的应用与发展，可以得出力学是建筑力学发展的基础，建筑力学是力学的发展与延伸，在二者的共同作用下，我国的土木工程建设、航天工程建设、电子工程建设等多个领域都能够进行全面的、深入的发展，从施工的设计、材料选择、施工建设、后期维护等都需要力学的理论支持。

参考文献：

[1]栾赟贺.浅谈高中力学的应用与展望[J].建材与装饰，2016（37）.

[2]李 娜.建筑力学工学结合教学模式研究[J].商，2012（4）.