对大学物理理论教学中力学的研究与尝试

摘 要：在大学学习物理有关专业的学生，开学后一般都需要先学习大学物理中的理论力学。这是一门基础的专业课程，内容是在数学和大学物理的基础上延伸到材料力学和结构力学，也就是说它的内容是从基础课程转换到专业课程，因此，理论力学这一门课可以作为一个过渡课程，它对于大学生在往后的专业学习中提供了很大的帮助。本文通过对台球和滑动推拉门阻力进行分析，对理论力学进行简单的研究。

关键词：理论力学 台球 推拉门滑力

一、对台球运动理论力学的运用进行简单分析

说到台球，大家都知道这是一项在国际上广泛流行的高雅室内体育运动，是一种运用球杆在台上对球进行推动让其进球、依靠计算进球得分确定比赛胜负的室内娱乐体育项目。台球在桌上进行运动时是以质点为中心，绕其进行运动。台球桌面具有一定的粗糙程度，并且台球在桌面上进行运动时，会受到摩擦开始不同向方向的运动，桌面的摩擦力对台球起着非常重要的作用。台球制作标准非常严格，它必须是一个非常匀称的刚体小球，因此，小球的重心一定在球心的位置。当台球受到球杆的作用力时，如果这个推力经过球心，根据理论力学中的质心运动原理我们可以知道，在这样的情况下，台球会在桌面上进行平动运动，当涉及到平动运动时，我们也可以利用动量定理进行解释，动量原理就是物体动量的增量等于它所受合外力的冲量即Ft=Δvm，或所有外力的冲量的矢量和，也就是说台球受到球杆对其的冲量与动量的改变量相等。当台球受到球杆的作用力属于偏心力，也就是球杆的作用力不经过台球球心时，台球除了进行平动运动还会进行转动运动，此时的平动运动依然遵循动量定理，而转动运动则遵循转动定理，转动定理是指台球所受的对于某定轴的合外力矩，其公式为：Mz=Jβ，其中Mz表示对于某定轴的合外力矩，J表示台球绕给定轴的转动惯量，而β表示角加速度。

要想使台球进行运动就需要球杆对其进行作用力，当产生这个作用力之前必须选择一个合适的作用点，因此，在台球进行击球时必须要选择一个合适的击球区以及击球角度。在台球的运动规则中，我们需要通过击打母球来使花球，色球或者黑八进袋，在母球上通常都有一个用来击打的点叫做击点，使用球杆击打母球时，我们需要与母球进行平视，通过平视的角度，我们可以看到圆球的一个圆面，击点可以是圆面上的任意一个点。但球杆和球面都是一个有弧度的物体，在实际操作过程中，不可能每一杆都击中球体的中心，当球杆的弧形撞头与有弧度的球体发生碰撞时，总会发生一定的偏差，这就是我们平常所说的滑杆，由此我们可以知道母球上并非每个点都可以作为击打的对象，为了防止在进行台球比赛时出现滑杆的情况，我们需要对击球的球面进行一定的范围控制。利用我们上文所说到的动量定理和转动定律，列出公式进行球面击点的范围计算。

由图1所示我们可以知道，只有在球杆撞头在台球击点方向的切线时受到的摩擦力不超过其最大摩擦力才能不发生滑杆现象。摩擦力的公式为F=μ×FN，其中μ为台球和桌面之间的摩擦因素，FN为压力大小，因为台球的质量是固定值，因此台球对桌面的压力大小也为固定值，这时只有台球与桌面之间的摩擦因素作为摩擦力数值的关键因素。在平常的台球比赛中，我们可以发现很多台球运动员会使用粉块对球杆头进行摩擦以减少球杆与台球之间的摩擦力。

二、推拉门滑动中理论力学的运用进行简单分析

推拉门在我们生活中应用的频率很高，在现代的家居装修当中，很多家庭都选择使用推拉门。随着使用次数的增加，推拉门在推动的过程中越来越费劲，但是如果在推拉门上把手的时候把力道用在靠近地板的位置，或者在推拉门的门下加上一层蜡，在推起来的时候就会顺畅很多。所以，门与门槛之间的摩擦力决定着我们推门时使用的力道，还有一种情况就是当我们是使用力道在推拉门离地板更近的位置时，也可以用更小的力度推动门扇。当然，这些现象也可以运用大学物理力学理论进行解释。

如图2所示，在不考虑重力的情况下，摩擦力来自于门扇与地面横梁的接触，但是，横梁的作用仅仅只是为了防止门扇倾倒，所以摩擦力就来自于门扇与地面。并且在推拉门上施加一个与地面平行的力，当这个力从零开始增加到一定的力度时，门就开始滑动，因为门与地板之间存在一个与p平行且方向相反的摩擦力。因此，必须要增加到一定力度时门才开始活动。

图3所描述的那样，在拉门不受到p的作用力时，门扇受到的重力以及地面对门的推力属于一个均匀分布的力系。我们把图进行简单化分析，當p力发生作用时，地面的阻力就会产生摩擦力，这个摩擦力与p力形成的对偶力阻止了门扇的移动。

结语

从本文对台球以及推拉门的分析，我们可以知道在生活中有很多地方应用到物理力学，并且很多研究对象会有大庭相径的地方，学生可以在生活中亲自动手实践，对物理理论力学进行研究和探讨。在实践中，对课本知识进行深刻的了解，对理论力学的学习打下了坚固的基础。

参考文献

[1]邓英.对大学物理理论教学中力学的研究与尝试[J].考试周刊，2017（A0）.

[2]罗灿.对大学物理实验课程教学的思考与建议[J].才智，2017（8）.

[3]张文庆.大学物理理论与实验一体化教学探索[J].河南科技学院学报，2016，36（4）.

作者简介

韩志茶（1986.1—），男，籍贯：云南大理，硕士研究生大学讲师，大理农林职业技术学院，研究方向：理论物理。