机械构造中的物理问题探究

栾英凯

(辽宁省实验中学营口分校,辽宁营口 115000)

早在初中阶段我们就已经开始接触物理知识了,但是那时候的物理知识都是一些相对简单的原理,而高中三年所学习的物理知识更加深入,同时也更加生动,我们在日常的生活中随处可见高中物理知识的应用,特别是在机械构造的领域当中。由此可见,如果我们能够细心观察生活,留意生活中发现的一些现象、机械等,就能够大大降低物理学习的抽象感,帮助我们学好物理。另一方面,如果我们能够在生活中发现物理,那么我们也一定能够在生活中运用物理知识,不仅仅解决现实中的问题,同时还培养了对物理学习的兴趣。本文笔者从高中生的角度出发,结合高中物理课本上学习到的内容,对几个平时生活中常见的机械设备所包含的物理知识进行分析。

1 挖掘机中的物理知识

经过工地的时候,我们经常会看到挖掘机在工地作业。挖掘机的出现大大提高了施工效率,并且节省了很多的人力。以下我将解释挖掘机机械臂以及挖掘机履带中蕴含的物理知识。当我们了解其工作原理后,就能够更好的了解这个机械,甚至以后有机会还能对现有的设备进行升级和改造。

1.1 挖掘机机械臂中的物理知识

高中物理中,力学知识占了很大的比重,而挖掘机的机械臂就应用了力学知识中的杠杆原理。杠杆是一个统称,有三类,即省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。通过杠杆平衡公式我们可以界定这三种杠杆。L1×F1=L2×F2,此时如果L1＞L2并且F1＜F2,为省力杠杆,反之为费力杠杆,如果L1=L2且F1=F2,就是等臂杠杆。其中省力杠杆在生活中的应用体现在羊角锤、镰刀等等,费力杠杆在生活中的应用为筷子、鱼竿等。而观察挖掘机机械臂的工作方式,我们不难看出挖掘机机械臂的动力臂小于阻力臂,在杠杆的分类中是费力杠杆。挖掘机在进行工作的时候能够以驾驶室为圆心进行360°的旋转,为了便于旋转因此机械臂的长度受到了限制。因此费力杠杆原理的应用能够解决这一问题。能够360°旋转的挖掘机最大限度的增加了在一个位置的挖掘效率。

1.2 挖掘机履带中的物理知识

挖掘机的主要构造就是机械臂、驾驶室和履带。挖掘机的履带和我们平时在电视上见到的坦克的履带非常相似,之所以这样设计是因为挖掘机自身的特点导致的。挖掘机自重较大,而且挖掘机的工作环境相对恶劣,一般都要在凹凸不平的沙土路线行进以及作业,如果使用普通的充气轮胎作为挖掘机的移动装置,大大降低了挖掘机的灵活性,同时还给挖掘机的使用带来了诸多不便。另外,根据P=F/S可知,在外力相同的条件下,接触面积越大压强就越小,而压强越小所产生摩擦力就越小。挖掘机本身的自重非常大,如果使用充气轮胎作为其运动装置,抛开工作环境恶劣的因素,想要移动挖掘机需要的动力远远大于履带作为挖掘机运动装置做需要的动力,履带能够最大限度的降低其在使用过程中需要的能源。与此同时,挖掘机履带上有许多凹凸不平的棱,他们增大了履带与地面之间的摩擦力,来抵消挖掘机自重产生的静摩擦力,来帮助挖掘机在地面灵活运动。

2 发电机中的物理知识

电能是现代社会人们工作生活和学习都无法离开的重要能源之一,电能的出现让晚上的电灯亮了起来,家用电器能够运转,通讯设备能够正常工作等等,如果没有了电,我们的生活将无法正常进行。总而言之,电能已经成为当下人们生活中必不可少的能源。在学习高中物理后,我对发电机产生电能的物理原理有了一定了解。

在物理实验课堂上了解到,发电机主要有定子和转子两部分组成。两块磁性相反的磁铁作为定子,磁铁中间的轴承一端连接了线圈,另一端连接了铜环和电刷等零件。当电路闭合时,闭合电路中的一部分导体在磁场中进行切割磁感应线运动时,我们就会发现实验电路中连接的灵敏电流计的指针发生了偏转,即电路中产生了电流。这种现象被称之为电磁感应现象。在课堂上我们使用的发电机模型中两块磁铁的磁力很有限,而且线圈切割磁感应线的速度也很慢,因此产生的电流也非常微弱。在发电机实际使用的过程中,相关人员可以通过调节磁场的强度或者是切割磁感线的导体的长度来增加电流。

我们知道电流有交流电和直流电之分,想要了解发电机产生的电流是直流电还是交流电我们可以通过电流表的指针摆动方向来判断。在线圈切割磁感应线的过程中,我们发现电流表的指针在左右摆动,并且呈现规律,可见电流的方向是有着周期性变化的。因为线圈在转动过程中分别会出现线圈和磁感应线垂直和平行的时候,当导体和磁感应线垂直,产生的感应电流最大,而与磁感应线平行的时候产生的感应电流最小。而且线圈切割磁感应线的运动方向是变化的,所以线圈转动一周,电流方向就会出现一次变化,这样的周期性变化使得发电机产生的电流为交流电。

3 结语

高中物理知识虽然只是物理学科所有知识的很小一部分,但是这部分内容已经能够帮助我们解决很多生活中遇到的问题以及解释生活中的一些现象。我们所提到的这些器械,为了能够达到他们的使用效果和功能,在其设计时就必须要应用到相应的物理知识。通过这次的观察和分析,让我明白了学习高中物理并不是仅仅为了解决书本上以及试卷上的问题,更重要的是要解决生活中的问题,同时再通过观察生活更深入的理解课堂上的内容。将课堂的理论和生活的实际结合起来,我们才能真正的做到活学活用。