浅析理论力学的应用

徐庶凯

摘 要 理论力学与电动力学、统计力学、量子力学并称为四大力学。理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，其主要研究对象为速度远小于光速的宏观物体的机械运动，是古典力学的一个分支，其理论基础是伽利略和牛顿总结的基本定律。理论力学既是应用性极强的基础学科，又具有很强的理论性。

关键词 理论力学 问题 应用

中图分类号：G642 文献标识码：A

0前言

理论力学作为理工科的一门基础课程，在理工科的学习和实践中起着重要的指导作用，是一门具有很強应用性的学科。

1理论力学的问题

1.1认识问题

绝大部分学生在思想上认为这门课程非常重要，是以后许多课程的基础，但在行动上对这门课程并不重视，花在该课程的时间并不多。这是因为理论力学兼有基础物理力学知识的扩展深化和高等数学知识应用的特点。课程中一些基本概念和定理，如力、作用力和反作用力、质点、摩擦、位移等，动量定理、动能定理、机械能守恒定理，学生在初中阶段就开始接触，在高中阶段、大学阶段的物理课中都有相关方面的内容，这样给学生的感觉是这门课不难学，容易学，使学生对这门课程不重视。这样，学生在学习上存在着课堂上容易听懂，例题的理解也不困难，但一到自己做题目和分析具体问题时难以下手，不能熟练运用已学知识建立力学模型，特别是遇到综合问题，情况更为严重。

1.2作业问题

（1）学生对受力图没有给予足够重视，主要表现为：部分学生根本不画受力图；受力图上没有标注力的名称；作用力和反作用力的标注不对应；有时多画力或少画力；画错力的方向；对几个物体组成的物体系统进行整体分析时将物体之间的内力画出等。实际上，受力图是力学学习的基础部分，也是非常重要的一部分。教师必须在课堂上反复强调受力分析图的重要性，以提高学生对这门课的重视。

（2）部分学生抄答案。由于教材的后面对每章的习题都有答案，部分学生在做作业时根本不进行计算，将方程列出后直接将后面的答案抄上去。这样，一方面导致学生的动手能力差，遇到稍微复杂一点和没有现成答案可以参考的问题时，很难得到正确的结果；另一方面，课后的答案不一定就是学生所列方程计算结果，因为在进行受力分析时，某些力的方向是不确定的，标注力的方向时可以向上（左），也可以向下（右），因此计算结果可能会相差一个负号。

（3）学生中存在作业抄袭的现象。一方面，部分学生抄袭参考书上现成答案；另一方面，同学之间相互抄袭答案。对于这个问题，应该引导学生以正确心态来对待作业，作业的目的不是为了打分，更不是一种任务，而是为了巩固及消化学生在课堂上的知识。

2理论力学的应用

理论力学是理论性较强的技术基础课，主要通过归纳演绎已知经验规律出发，推理出力学各种性质，需要严谨细密的逻辑推理和数理推导。通过将理论力学基础知识和理论与应用实践相结合，在验证理论力学原理的基础上，可加深对理论力学的感性理解，达到实践和理论的有机结合。

2.1理论力学在机械工程中的应用

机械工程中都会接触到物体的机械运动，分析物体的运动和受力状态就是将理论力学应用于实践；通过理论力学的分析计算进而对物体运动状态和受力状态提出改进与提升就是应用理论力学指导实践。如确定机械中各个部件的受力状态、受力强度、稳定性就需要利用理论力学静力学的基本知识进行分析，进而简化建模得出结果，并为改善机械性能提供理论支持。通过动力学、静力学分析为可以确定机械中最佳的运行状态，并强度、刚度和稳定性的分析计算，为机械设计选用材料、优化设计机械提供指导。运用理论力学动力学基本理论可以在分析归纳总结已有运动规律和经验的基础上，对不同的运动状态加以利用，改善机械设计，如利用动载荷效应而设计的打夯机，利用减小偏心距使运行更加平稳而设计的飞机螺旋桨等。机械一般长时间都处于运转状态，分析计算机械各个部分的运动状态有助于理解机械的原理、稳定性和寿命等参数，对于改善机械性能、延长机械使用寿命有着重要的作用。一般而言分析机械的运动意味着分析计算构成机械的各个部件的运动及其之间的受力关系。所谓机械及其各个部件的运动分析就是根据已知运动规律，分析该机构其它构件上某些点的位移、轨迹、速度和加速度等参数，了解机构运动和受力状态的变化规律，进而简化归纳建模得到一般规律。

2.2理论力学在土木工程中的应用

理论力学在土木工程的学习中是在材料力学、结构力学学习的基础上为土木工程专业补充提供一定的理论力学知识，训练抽象化建模、分析、计算习惯，培养严谨的逻辑化思维模式，提高通过理论分析计算解决实际问题的能力。理论力学的静力学部分在土木工程中都有着较为实际和广泛的应用。通过静力学分析计算建筑物所承受载荷的类型，并将载荷简化，进而加深对建筑物受力状态的理解和分析能力；通过分析实际结构构造、简化实际受力、抽象化建模建构等方式，锻炼运用理论力学对实际工程案例进行分析建模的能力。分析房梁、屋架、桥梁等结构的受力情况来讨论对实际力系的简化、平衡计算等，对建筑物构件进行受力分析以及力学模型的建立归纳，达到理论与实际的结合与反馈。以实际工程如桁架桥、厂房桁架屋顶等实例学习理解静力学中平面简单桁架的内力计算，进而归纳讨论桁架结构的实际构造以及连接方式，训练将实际建筑构件简化、抽象化为力学模型的能力，进而计算出结果并比较分析与实际建筑构件之间的差别。通过从实际工程建模推导得到理想化模型、对比理想化模型结果与实际构件差别的整个过程，锻炼严谨的逻辑化思维模式、建立对理论力学实际应用模式的直观认识。

3结束语

理论力学既是理论性较强的基础学科，也是锻炼解决实际工程问题的的指导性学科，通过分析理论力学的实际应用既能促进对理论力学基本原理的理解与直观认识，又能提炼工程当中的力学原理，提升在实际应用中简化力系、归纳建模、加深对理论力学基本原理的理解水平的，进而达到应用实践和理理论力学有机结合的效果。

参考文献

[1] 张速.方法论在理论力学课程教学中的应用[J].力学与实践，2017（01）：91-92.