向经典力学宣战 你看到想不到的从衣食住行看力学

人气:152 ℃/2024-03-11 20:40:26

1.初识力学

1.1力学定义

曾经看过这样一则漫画:

其实生活中很多人都不知道力学是什么,现在我来科普一些力学是什么?

首先说一下力学的定义(这里给出通俗易懂的定义):力学是一门独立的基础与应用学科,是关于力、运动和介质(固体、液体、气体、等离子体)在宏细、微观力学性质的学科,主要以研究机械运动为主(机械运动是物质在时间、空间中的变化,包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等)。

2.衣

2.1从拉链看力学

生活中很常见的一个很小很不起眼的东西,但确实现在几乎每件衣服却都离不开它,有了它生活中很多很多的事情变得很方便,这样一个小到不起眼的发明,你们能相信它竟是本世纪最实用的十大发明之一吗?

2.2力学原理

(1)斜面原理:拉链的原理是利用了一个简单机械——斜面,也叫楔。用手拉动时你会感觉很轻松,因为利用斜面是省力的,但要用手直接将拉链啮合,却是十分的困难。类似的,用斧头劈木头的原理也是这个。

(2)合分力原理:拉链的工作原理一般是用合力和分力的原理解释的拉开拉链时,三角形的物体在两链间和拉链一起运动,手的拉力在三角形物体上产生了两个分力,在夹角很小的情况下,作用在尖角上的力很大,两分力向拉链施力且分力大于竖直向下的合力,即分力大于手的拉力,所以难以直接分离开的拉链却很容易被三角形分开。

3.食

3.1从饺子看力学

吃饺子是中国北方过年的重要传统,好的饺子,嚼之馅香冲击味蕾万条、皮劲碰撞牙冠十面,其中馅、面的质量固然重要,这煮饺子的学问也不可小觑。

3.2力学原理

材料力学中讲到利用冷作硬化(也被称为加工硬化)材料强度提高的一种办法。饺子皮和馅材质不同,不可同时煮熟。煮饺子如果只是盖锅盖煮,饺子皮由于在高温、高压下,水分子不断侵入饺子皮中,会使饺子皮变得松软易化,吃起来就缺乏劲道,没有嚼头。这时如果加入冷水,使饺子在瞬间冷却,这时饺子皮就经历了类似于金属材料中的硬化,其表面组织得到强化,水分子不易进入,使饺子皮劲道增强,吃起来嚼头十足。这时馅还不易熟,需再盖锅盖加煮。在这个过程中饺子内的馅由于受到皮的保护,并没有骤然降温,也就不会发生冷作硬化,待温度重新升起,肉馅就得到了持续加温。反复三次,一般情况下,肉馅熟了,皮的劲道也保住了,即可成为美味佳肴!

硬化这一力学原理,在烹饪中有时利用其正面,有的利用其反面以实现期望目标,其法之美、之妙,可谓力艺乎!

4.住

4.1从沙发看力学

相信大家都坐过沙发,是不是感觉比椅子舒服多了,大家想过为什么沙发比椅子舒服呢?其实里面也蕴含了力学的知识,下面来看看:

4.2力学原理

压强(即压力的作用效果)与受力面积和压力大小有关;压力越大、压强越大;受力面积越小、压强越大.我们坐沙发时,沙发发生了形变,则受力面积增大,在压力不变的情况下,受力面积变大,则沙发对人的压强变小所以人会感觉更加的舒服。还有充水、充气的床比木板床更加舒服也是这个原理。

5.行

5.1从车辆看力学

车辆转弯时一定要减速慢行。快速行驶的车辆在转弯时,过快的车速有可能会遭遇转弯不足、倾覆力矩过大、地面摩擦不足等状况,这时,车辆就难以顺利转弯,容易诱发交通事故。对于面包车、大货车等重心较高的车辆,这种情况越加明显。

5.2力学原理

为了说明这种情况,我们建立如下车辆运动模型,忽略弯道坡度,设车辆转弯半径如图2(a)所示,并将车辆后视图(从车辆正后方观察)观察,参数设定如图2(b)所示。

图2 车辆转弯与受力图

假设车辆与地面的摩擦力足够,车辆不会与地面发生打滑。当车辆所受离心力使得车辆到达即将要发生侧翻的临界状态时,A轮则完全悬空,只有B轮受力,此时可建立车辆的平衡方程:

求解离心力F得:

由于离心力与车辆速度相关,有:

其中,m表示车辆质量,ρ表示转弯半径,v为车辆速度。令式(2)和式(3)相等,则有:

可见侧翻的临界速度Vc与轮距a,重心高度H2,重力加速度g,以及转弯半径ρ相关,而与车辆质量无关。由于车速v超过Vc时,车辆会发生侧翻,所以在转弯时要考虑增加vc,而减小车速v。

当车辆按照道路设计时速行驶时,即Vc一定时,V越小越容易发生侧翻,从式(4)可以看出,由于轮距和重心高度不能调整,但转弯半径可调,因此,车辆转弯时尽量转大弯,并适当减小车速,可使行驶速度v不超过侧翻临界速度Vc,从而确保车辆安全。

此外,车辆高速转弯时,由于侧向力增大,有可能超过最大静摩擦力,致使车辆与地面发生相对滑动,造成危险。静摩擦力的表达式为;

因此发生滑动的临界速度,可用式(3)和式(5)联列获得,为:

发生滑移的临界速度只与摩擦系数、重力加速度、转弯半径有关,而与质量无关。需要注意的时,正常干燥沥青路面0.6,雨天0.4,雪天0.28,结冰路面0.18,因此,在雨雪天气转弯尤其要降低速度,以免超过发生滑动的临界速度。

6.结语

生活处处皆学问,生活处处有力学,力学远不止衣食住行,希望这篇文章可以让大家一窥力学的奥妙,望我之文能化尔之闻!同时更加希望大家在生活中能多多感受力学、巧用力学,力之美你的眼睛亦可发现!

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