物理学在工程技术上的运用

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物理学在工程技术上的应用

年 级: 2012级442班 学 号: 1205044230 姓 名: 盛学锐 专 业: 电气工程及其自动化

二零一四年一月

摘 要

物理学以其独特的魅力存在于我们的生活当中，在造船和造车上也应用了不少，造船上主要应用力学原理使得在原动力不变的情况下,大幅度地提高了各类排水型船舶的推进效率和航速,提供较大的回转力臂,提高航行的稳定性、抗波性和操纵性,尤其适应于内河和沿海大中型船舶.。造车上主要运用力学、光学和热力学等。

关键词：稳定性； 抗波性； 操作性； 防抱死； 贴膜；加热； 防冻； 变速； 车灯； 流

线型； 转能。

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物理学知识在工程技术上的运用

物理知识在汽车上的应用

一、“防抱死”讲安全

防抱死系统是现代中高档轿车必不可少的装备,很多汽车广告都会把防抱死刹车系统(ABS)作为“卖点”,其实,ABS是antilock braking system的英文缩写,中文译为“防死锁刹车系统”。未安装该系统的汽车在遇到紧急情况时来不及分步缓刹,只能一脚踩死,汽车则因惯性继续向前滑冲,可能出现侧滑、跑偏、方向不受控制等危险。装有ABS的车,在车轮即将到达下一个锁死点时,通过轮胎上的传感器向防抱死系统电脑发出信号,电脑就会令刹车系统不再刹车,于是刹车就在抱死和不抱死之间交替进行,电子式防抱死刹车(其结构组ABS组成示意图成见图1)1秒内可作用60~120次(机械式为6~12次),相当于不停地刹车、放松,类似于机械“点刹”。可避免紧急刹车时方向失控及车轮侧滑,保证行车安全、缩短刹车距离。 二、玻璃贴膜作用大

防眩光贴膜有一定颜色,可减弱可见光的强度,降低对人眼的刺激,有助于改善司机视野、确保驾驶安全。建议用户尽量不要选取透光度太低的膜,车窗膜(尤其是前排两侧窗的膜)选择透光度在85%以上的较为适宜。这样的侧窗膜无需挖孔且不影响视线,还能在夜间行车时减弱后面来车大灯照射在反光镜的强烈眩光反射,在雨夜行车、倒车、调头时保证视线良好。茶色贴膜既能反射一部分光,又能吸收一部分光,这样透进车内的光线较弱。想从车外看清乘客的面孔,面孔反射的光应足以透射到玻璃外面。由于车内光线较弱,没有足够的光透射出来,所以很难看清乘客的面孔。

阻隔紫外线 紫外线在太阳光中约占3%,过量的紫外线照射会诱发人体皮肤癌变,还会造物品褪色、塑料橡胶件老化。高品质的车膜可阻隔99%以上的紫外线,不仅能有效防止车内乘员因过量紫外线照射而灼伤皮肤,还能保护车内音响及其他内饰。隔热 传热的方式有传导和辐射,贴膜的玻璃挡住了部分太阳辐射,车膜的隔热性能取决于其反射和吸收能力。反射能力越强,吸收能力越强,隔热率也就越高。各国及各地区法律一般规定车膜的可见光反射率不得超过10%。由于汽车膜本身的吸热能力有限,所以汽车膜的隔热率一般在40%～70%之间。防爆与防划伤 这也是涉及安全的又一重要性能。优质防爆膜具有很强的韧性,其上的强力胶能将破碎的玻璃紧紧粘在一起,其抗冲击性能也很强,可避免事故发生时飞溅的玻璃碎片对乘客产生二次伤害。 三、玻璃加热器显奇功

小轿车的后窗玻璃板中嵌有一道道电阻丝,打开加热器电源时,电阻发热使玻璃表面温度升高,玻璃上的水汽和霜会迅速融化、蒸发,从而防止车内玻璃附着雾气和车外玻璃结霜,确保司机通过反射镜观察车后物体。 四、防冻液不怕冷

汽车的冷却装置一般是靠水循环,但是冬天气温降到0℃以下时,水冻成冰后体积

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膨胀会破坏水箱,所以冬天要把水换成防冻液。防冻液的型号可根据当地气温选择,一般选比当地最低气温低10℃的就可以了。如果用水冷却,入夜时必须排尽水箱中的水。

五、汽车变速箱,应变能力强

汽车的即时功率P=FV,F表示牵引力、V表示即时速度。在额定功率下,速度越大、牵引力越小,速度越小、牵引力越大。汽车爬坡时调为低速,可增大牵引力,汽车行使在平直的公路上时换成高速档,可获得较高速度。 六、倾斜的前挡玻璃防事故

为防止挡风玻璃形成平面镜效应(车内物体易通过直立挡风玻璃在司机面前成像),影响司机的判断,汽车的前挡风玻璃通常都不是直立的(底盘高大的车除外),而是呈弧形且倾斜安装,避免在司机正对面成像。汽车前窗玻璃倾斜时,车内乘客经玻璃反射成的像在司机的前上方,而路上行人不可能出现在上方空中,这样司机就能将车内乘客的像与路上行人分离开来而不会出现错觉。大型客车的前窗位置比小轿车高得多,即使前窗竖直安装,像也与前窗同高,而路上行人不可能出现在这个高度,所以司机就不会将乘客在窗外的像与路上行人相混淆。 七、车灯构造学问深

汽车头灯 汽车头灯由灯泡、反射镜和灯前玻璃罩组成。汽车头灯的玻璃灯罩都带有横竖条纹,根据透镜和棱镜的知识,汽车头灯玻璃罩相当于一个透镜和棱镜的组合体。夜晚行车时,司机不仅要看清前方的路面情况,还要看清路边行人、路标、岔路口等。透镜和棱镜对光线有折射作用,所以灯罩通过折射会将光分散到实际需要的方向上,使光线均匀柔和地照亮前方道路和路边景物。这种散光灯罩还能使一部分光微向上折射,照亮路标和里程碑,从而确保行车安全。利用凹面镜反射原理,灯泡内有两个灯丝(远光和近光),近光灯丝在焦点附近、远光灯丝在焦点上。汽车头灯里的反射镜是一个凹镜,能把放在其焦点的光源发出的光反射成平行光射出。观后镜 它是汽车驾驶室外面的凸镜。凸镜对光线有发散作用,成正立、缩小的虚像,扩大了司机的观察范围,从而保证行车安全。汽车尾灯灯罩 由许多小三棱镜组成,在后面的灯光射来时产生全反射,保证后面车辆的司机及时发现目标,确保安全。 八、“铁尾巴”防火灾

汽车各部件及货物之间由于颠簸,互相撞击和摩擦会产生静电。行驶中,汽车与空气摩擦也会产生静电。当电荷积累到一定程度时,就会放电而产生火花,遇易燃品极易起火。油罐车尾部通常拖着一条与路面接触的铁链,它使运输过程中产生的静电迅速传入大地,避免因静电放电而造成火灾。 九、流线型车身阻力小

为了减少空气阻力系数,现代轿车车身上的转折线一般采用圆滑流畅的曲线。前

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围与侧围,前围、侧围与发动机罩,后围与侧围等处均采用圆滑过渡,发动机罩向前下倾,车尾后箱盖短而高翘,挡风玻璃采用大曲面玻璃,且与车顶圆滑过渡,前风窗与水平面的夹角一般在25°～ 33°之间,侧窗与车身相平,前后灯具、门把手嵌入车体,车身表面尽量光洁平滑,用平整的盖板盖住车底,降低整车高度??这些措施和设计成流线型的车身,有助于减小空气阻力系数和正面迎风面积,从而减小汽车行驶时受到的空气阻力F=(1/ 2)Cρu2A(见图4),其中C为空气阻力系数、ρ为空气密度、u为车与空气的相对速度、A为水平投影面积。 十、能量转换万能手

汽车发动机常用低压电动机起动,工作时把电能转化为机械能。启动后,汽车发动机带动车载发电机发电,给蓄电池充电,这时电能转化为化学能并储存起来,而蓄电池给电动机供电时,化学能转化为电能。车载蓄电池为汽车上配装的空调、电扇、收录机、CD机及各种用途的电灯供电,于是电能转化为机械能、声能、光能等等。

物理知识在造船上的应用

舰船的航海性能主要包括：

1．能够装载规定数量的载重而浮在水面上；

2．当受风浪冲击，以及旅客，货物在舰船上移动时，舰船只产生一定的倾侧而不致倾覆；当外力作用消失时，舰船有恢复到原来正浮状态的能力．

3．舰船在海上发生触礁、碰撞或遭受敌人攻击而至损伤等事故时仍能保持不沉不翻的浮态． 4．应有较高的航速和消耗较小的机器功率． 5．有较好的航向稳定性和敏传性．

6．在波涛汹涌的海面上航行时，不致有猛烈的摇摆，以免船员，旅客晕船和妨碍舰船机器设备的正常运转及武器的准确发射． （一）．浮性

舰船在水中受到水压力的作用，左右两舷的压力相互平衡，船底的压力与船只本身的重量相平衡，舰船的平衡条件为：

1．重力P与浮力D作用在同一垂直线上； 2．排水量等于船的全部重量，P=D （二）．稳性

若用外力使舰船倾斜，重力与浮力形成一个促使舰船回复到原来正浮位置的力矩，舰船是稳定平衡． 怎么样才能使舰船具有良好的稳定性呢？ 1．应尽量降低舰船的重心； 2．增加船宽； 3．保持一定的干舷．

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但船宽过大、重心过低的舰船，重力与浮力作用线之间距离很大，因而形成的复原力矩也就很大，这样的舰船在波涛汹涌的海面上左右摇摆频率较高，对人员工作和设备运行不利． （三）快速性

舰船航行时的水阻力通常分为以下几类：

摩擦阻力：水是具有粘性的液体，舰船航行时就要克服由于水的粘性产生的阻力，这种阻力称为摩擦子阻力．摩擦阻力的大小和船体浸水的湿表面面积、船与水的相对速度、船壳表面粗糙度等因素有关．

（1） 兴波阻力：舰船行驶时，船首对水施加压力，把水劈开而前进，于是就激起了一组随船前进的波浪，这就是首波．船尾在前进时，水中留出了一个低压区，成为波 谷，形成了一组由船尾引起的波浪，称为尾波．造成波浪也要消耗能量，叫做兴波阻力．因为它是由于水的压力变化而引起的，所以又叫做压力阻力．

（2）兴波阻力与舰船的长度的速度有关．船速越高，兴波阻力越大．为了减小这种阻力，把船着水线以下做成球鼻状的流线型，利用球状部分所形成的低压，降低首波的高度，从而减小兴波阻力．这是一种既经济又有效的提高船速的方法．

（3）涡旋阻力：舰船航行时，由于水经过船的尾部所形成的旋涡吸收了舰船的能量，阻碍了舰船的前进，这就是涡旋阻力．尽量将船体设计成流线型，特别注意后部及尾部体型的合理性，可以减小涡旋阻力． 舰船在海上航行还会受到其他阻力，如空气阻力及汹涛阻力等． 舰船所受总阻力为上述三种阻力之和，即：总阻力=摩擦阻力+兴波阻力+涡旋阻力 模型试验求得的舰船总阻力和舰船所要求达到的速度的乘积就是克服水阻力所要化费的功率．如果知道舰船动力装置和推进器的效率，就可以确定舰船应该安装多大的主机了． （四）摇摆性

舰船在外力作用下，产生左右横摇和前后摇摆的运动，称为摇摆性． 减小舰船的摇摆，可采用减摇设备． （五）．抗沉性

舰船的个别舱室因遭受敌人攻击或海损事故进水后，仍能漂浮海面并保持航海性能，称为舰船的抗沉性． 现代舰船几乎都设有双层底和水密横舱壁，而将整个船体分成几个单独的水密舱室，并在水线以上留有足够的干舷高度，以保持一定的储备浮力．这样，当某些部分受损进水后，仍可保持一定的浮态和稳性． （六）回转性

舰船的回转性包括敏转性和航向稳定性． 航向稳定性，就是舰船在航行时保持稳定航向的能力．航向稳定性与舰船的水下侧投影面积、舵面积、尾呆木面积几航行时海面风浪情况有关． 舰船能够随时按照驾驶人员的意图迅速改变航向的性能，叫做舰船的敏转性． 当舵面保持在满舵位置不动，舰船沿着一个圆圈轨迹航行，这个圆圈叫回转圈，回转圈的直径D的大小，表示舰船的敏转性．

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结 论

学好物理中的知识对我们很重要，生活中很多的东西都运用了物理学知识。我们可以运用物理学知识吧一些复杂的事情简单化。同时也可以造出一些方便与大家的东西，让大家从中受益。运用物理学知识制造节能的东西，为世界做出一份贡献，使能源不在那么短缺，也可以利用物理学知识开发新能源。物理对我们一定会越来越重要。

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