身边的力学论文

身 边 的 力 作 学 业

院系：土木工程学院 专业：建筑环境与设备工程 班级：08—2班 姓名: 楚明浩 学号：310807060119 联系方式：18790233494

身边的力学

一、引言：

我们平时都很难想到力学在生活中具体有着什么作用，然而力学在生活中的应用有很多，人人都知道几乎所有的实体都和力学有着关系，例如我们中学中学过，人走路和摩擦力、支持力有关，砂轮磨东西和和离心力有关。我们确实很不善于去深析其中的道理。

我们以往学习的力学是纯粹的理论学习，理解其中的受力原理，做好物理分析即可。对于实实在在的生活现象的剖析，我们却没有做好。在课堂上，老师说到空泡理论、压力变化引起物体相变等这些知识我们都是有所了解的，但是要去分析现象得出原理，却没有那么简单了，这不仅需要深刻理解理论的同时，练就一双有洞察力的眼睛。

二、汽车上的力学：

汽车身上使用的的力学知识除了轴承之间的带动等简单机械运动外，较多就是流体、热力两大部分了。这些多是作用在空气或者是液体上的力，所以常是以压力、温度和速度的形式表现出来的。

我们都知道汽车能够形式起来都源自于其各个轴承相互传动带来带动车轮转动来支配车辆运动的。这些设计

1、汽车上的流体力：

流体力学和传统的固体受力不同，它旨在研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。所研究的受力物质是水、空气、汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油等。在汽车身上有着很多关于流体力的运用，最主要的就是其外轮廓的流线设计。

同我们平时喜欢玩的球一样，设计其外形除了好看，运动舒适外，很大一部分就是考虑其外形会对其空中飞行有什么影响了。例如高尔夫球，表面设很多多面体凹点，目的在于利用多面造型就是利用粗糙度使层流转变为紊流的临界雷诺数减小，使流动变为紊流，以减小阻力。足球、篮球在流线上也有考虑。

生活中常见的这些来来往往飞驰的汽车，简直是与流体力学的巧妙结合。好的汽车表面都有着近乎完美的流线，为了让运动时汽车车身上的气流顺利通过，减少车身上对气流的扰动，减少涡流的产生，以增大行驶速度。车的前部设计成稍微偏下的样子，是为了减少当速度增大时从车底流过造成作用在车身上的

升力，这样车辆就不会在高速行驶时打滑、刹车困难了。对赛车而言，它需要的是负升力，也就是下压力；这是通过把机翼状的导流板颠倒安装，然后用活动板条把侧舱与地面之间的间隙密封起来，以防止气流从侧面进入车底。车尾的喉管使车底的空气加速流动，从而形成了一个低压区，由此产生的巨大下压力把赛车吸向地面。这样汽车就可以牢牢的抓住地面，更好的掌握制动的能力。

而飞机的造型则近乎完全是为了考虑流体作用于机翼的升力而设置。对机翼来说，它的侧剖面是一个上缘向上拱起，下缘基本平直的形状。所以气流吹过机翼上下表面而且要同时从机翼前端到达后端，从上缘经过的气流速度就要比下缘的快。按照物理学的伯努利方程的原理同样是流过某个表面的流体，速度快的对这个表面产生的压强要小。因此就得出机翼上表面大气压强比下表面的要小的结论，这样子就产生了升力，升力达到一定程度飞机就可以离地而起。同时飞机机头设置成尖锥形，方便高速飞行中气流顺利通过。

我们也可以用增加设备的方式改变空气流动。以卡车为例，影响和提升汽车的动力特性的装置主要的是它的导流罩。研究表明，在厢式货车上安装导流罩，可以大幅度的降低气动阻力、节省燃料消耗。安装导流罩使得气动阻力系数曲线上的临界雷诺数增大:设置薄壁式的导流罩底边和驾驶室顶面之间的间隙，可以增强导流罩的减阻效果。在厢式货车尾部安装涡流稳定器，可以降低尾涡区内气流能量的消耗，使静压回升，压差阻力减小。

2、 汽车中的热力学：

热力学主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规规律及其应用，生活中通过热量的增减来带来机械效果或者依靠机械作用带来热量改变的都是热力学的作用。在汽车中就主要是发动机和车载空调中。 2.1发动机

汽车的发动机是一种将内燃机是通过燃料的燃烧，把化学能转化为热能，再将热能转化为机械能的热力机械。它将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。当喷出雾状油和空气混合打火后产生几乎爆炸的效果，使得发动机内的压力急剧升高，活塞推动轴承运动使得发动机的主轴获得推动力，也就是让发动机转动起来，从而使汽车行驶。

汽车的最基本动力就是燃烧的内能，所以通常提高发动机效率的方法就是定期更换机油史燃烧性高提高效率 ，使用高纯度汽油。同时我们也能适当提高发动机生产的可承受压力来提高转子转速。

通常我们见到的发动机都是往复式的，但是在赛车或者其他特殊车辆中可能也能使用转子发动机或者其他的多缸发动机。虽然形式有不同，但是实际上原理相同，都是依靠燃料燃烧导致压力周期性上升来产生的。 2.2空调通风系统

汽车中的空调也是热力学运用的一个例子。其运行的核心是压缩机，实际上和发动机的基本原理相同，只不过是需要用电或者直接是发动机轴承带动活塞往复运动， 压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的气态氟利昂，然后送到冷凝器散热后成为常温高压的液态氟利昂，所以室外机吹出来的是热风。 然后到毛细管，进入蒸发器，由于氟利昂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的氟利昂就会汽化，变成气态低温的氟利昂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风。然后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩，继续循环。

汽车是我们现代科技发明的结晶，新的发明很多都被运用到了汽车制造上。然而其中的力学道理在最近几十年却没有实质性的改变。一方面是因为固有的汽车行业设计模式有了惯性思维，另一方面或许也因为力学的发展很难有进步，无法再改进其中的力学模型了。

前些天看到有设计说可以将汽车的外形设计成铠式外壳，鳞状外观设计

可以打开和关闭气流，零散的车身面板犹如覆盖车身上的毛皮；这些鳞片通过超级强的纳米管电缆和电磁螺线相连，还可以跟踪每个组件的压力和动态调整为最高空气性能的位置。同时在需要时，可以提供额外的下压力。传感器安装在每个车轮拱上，实时跟踪的地面信息，以提供最大的接触面积和抓地力。虽然设计很出色，但是工程实施上很有难度，而且改变整个产业的一个固有的设计生产模式也是相当有难度的。

三、感想：

在以往的力学学习中，我们都会觉得力学是非常枯燥的，是难以捉摸的。

但在这门选修课程中，我们了解了一些生活中可见可知的力学实例，知道了物理、力学知识在生活中是可知可感的。并且老师也联系了许多理论、创新方面的例子，很好的开阔了学生的视野。可以说这是我四年大学课程中趣味性非常强的一门课了。我们或许缺少的就是理论联系实际的意识，能够学到理论知识确实很重要，然而无法同实际相联系，那么理论知识也是屠龙之术，毫无作用可言了。我也希

望学校在以后的课程中能够多安排趣味科学类的课程，在调动学生学习积极性的同时提升学生认识自然，学会实践的能力。

楚明浩 310807060206 土木工程学院 建环08-02班 18790233494

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