高中物理力学知识在建筑中的应用

庄淏

摘 要：在人类科学技术发展与进步的过程中，人们在建筑实践中逐渐积累经验，从建筑实践中分析和总结了力学的理论和方法。在这些力学理论和方法中，有很多是高中物理力学中的内容。在建筑工程中，很多时候需要用到力学和结构的分析。本文就高中物理力学知识在建筑中的应用进行了探讨。

关键词：高中物理 力学知识 建筑 应用

前 言

物理这门学科的应用性较强，它是通过理论和实践结合而发展起来的学科。物理这门学科不仅跟我们的生活有紧密的关联，而且在建筑工程实践中有着广泛的应用。为了保障建筑物的安全性能，在建造之前，就必须进行受力分析和结构设计等步骤。因此，可以说，物理力学是促进科学技术进步的“催化剂”。随着科学技术的发展，物理力学跟科学技术的关系越来越紧密。

1.建筑中的力学概念分析

在高中物理学中，“力学”这个概念是非常重要的，它讲的是物体与物体之间的相互作用。假设某个物体受到其他物体的作用，那么物体会获得一定的速度和变形，这就叫做“力”。在力学的范畴内，形变是指形状和体积的改变，运动状态的改变是指物体的速度大小和方向的改变。在力的作用下，受力物体和施力物体就像一对“孪生姐妹”而存在。纵观我国建筑工程的发展历史，力学与建筑有着千丝万缕的关系，它们两者也是密不可分的。如果要建造一座建筑，那么在动工之前，就需要进行建筑物受力分析和结构分析，这是有效保障建筑安全的重要步骤之一。既然力学在建筑中具有如此的重要性，那么在建筑中，物理力学知识有哪些应用呢，笔者接下来对此进行探讨。

2.高中物理力学知识在建筑中的应用

2.1高中物理力学知识在建筑设计中的应用

在建筑工程中，不仅要对力学的理论基础进行拓展，还需要创新设计理念。这是因为物理力学是偏理论性的，而建筑中的力学实践性非常强。在建筑设计的过程中，不仅要考虑建筑物的安全性，更要考虑其经济性和环保性。因此，很多建筑设计师在考虑建筑设计的时候，需要美学和力学有机结合。比如，在房屋设计的初始阶段，必须为房屋打好地基，并且要做好其结构设计，不仅要考虑好房屋的高度，还要对其外观等细节设计好，从而为后续的建造进行铺垫。不仅如此，为了保障房屋的安全性，往往需要从物理力学知识的角度去进行建筑物的受力分析。因此，高中物理力学知识在建筑设计中能够发挥极大的作用。

2.2高中物理力学知识在建筑发展中的应用

众所周知，力学所涉及的范围非常广泛。人类早期对力学的研究的经验主要是从自然现象或劳动所获取的。

从十七世纪开始，土木工程中力学建立了发展的基础。在古希腊时代，古希腊哲学家、数学家、物理学家阿基米德曾经对杠杆的平衡进行了研究，并对水中物体的浮力也进行了一些实验和思考。在社会逐步发展的过程中，各种各样的建筑物的建造无不是古代人们的智慧的体现，其中就用到了不少力学的基本原理。比如杠杆的作用和斜面物体的利用等。

从十八世纪开始，大型的工业革命大大地促进了建筑工程的发展。在这个时期，就出现了一些比较适用的建筑器材和施工机械。1824年，英国瓦匠亚思普丁在反复实验的基础上，总结出石灰、黏土、矿渣等各种原料之间的比例，以及生产这种混合材料的方法，最终发明了水泥。水泥这种建筑材料为建筑工程的进一步发展起到了极大的推动作用。在二十一世纪，随着我国改革开放和建筑事业的蓬勃发展，土木建筑力学这门学科得到了深入的研究。所谓土木结构力学，它是一门专门研究物理受力平衡和构建强度、刚度稳定的问题，包括了刚体静力学、材料力学等各方面内容的力学。

2.3高中物理力学知识的应用实例分析

笔者接下来以某拱式桥梁建筑进行受力分析，从而探讨高中物理知识的应用。如图（a）（b）所示为某拱桥的受力图。拱桥根据其拱形斜向受到压缩力。拱圈和拱肋是拱桥的承载结构。在该拱式桥中，使用的材料是砖块、石頭和混凝土、钢筋等。通过桥梁的受力分析可知，拱式桥的外形较为美观，且具有较强的经济合理性。然而，在桥墩和桥台处，桥梁这些部位会受到较大的水平推力，所以这就对桥的下部结构提出了较高的要求。

图（a）（b）拱式桥受力图

3.小结

建筑的发展跟物理力学的发展有着紧密的关系。对于每一座建筑物，在建造之前，往往会经过多次实验验证后才开始建造。在建筑建造的过程中，有时候需要通过构建建筑模型从而更好地进行力学分析，这些步骤都是为了确保建筑物的安全而进行的。不仅如此，在很多大型的桥梁建筑中，必须考虑到桥梁在后期使用过程中的负荷作用，如何保持受力平衡，如何保持结构的稳定性，都是需要经过精密分析和计算的。在2011年7月，我国有四座运营期的桥梁整体或局部出现坍塌，这为我国的桥梁建筑安全问题敲响了警钟。鉴于此，对于我们高中生而言，我们必须学好高中物理知识，从而为以后进入建筑工程领域深造打下坚实的基础。

参考文献：

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