论文——高中物理生活中的力学问题在教学中的应用(合集5篇)
高中物理中的力学与日常生活

高中物理中的力学与日常生活力学是物理学的基础分支之一,主要研究物体的运动和相互作用。
在高中物理学习中,力学是一个重要的内容,其原理和应用涉及到我们日常生活的方方面面。
本文将探讨高中物理中的力学与日常生活的关系,展示力学在我们的日常生活中的应用。
一、力学在运动中的应用运动是力学研究的重要对象之一,我们身边的运动现象都与力学有关。
例如,当我们乘坐公交车或汽车行驶时,车辆在做匀速直线运动,这个运动过程可以用力学中的匀速直线运动的数学模型来描述。
力学中的速度、加速度、位移等概念可以帮助我们分析和解释这一运动过程。
力学的力的概念在我们的日常生活中也有广泛的应用。
举个例子,我们在开车过程中踩刹车可以使车辆产生减速运动,这是因为我们对刹车踏板施加了力,使车辆受到摩擦力的阻力而减速。
力学中牛顿第二定律可以用来描述这一现象,该定律表明物体的加速度与作用在其上的力成正比,与物体的质量成反比。
二、力学在工程与建筑中的应用力学的原理和方法在工程与建筑领域中得到了广泛应用。
比如,我们在日常生活中所见到的建筑物、桥梁等都需要力学的支撑和设计。
在设计一座桥梁时,工程师需要考虑到桥梁所受到的力的大小和方向,以确保它的结构牢固,能够承受运输工具的重量和风力等外界力的作用。
在建筑物的设计中,力学的原理也起到了重要的作用。
比如,当我们住在高楼大厦中时,楼房需要经受住地震、风力等外界力的影响。
工程师需要运用力学的知识来设计楼房的结构,使其能够在受到外力作用时保持稳定和安全。
三、力学在体育运动中的应用力学在体育运动中有着广泛的应用。
体育运动中的运动员需要学习力学的运动规律,以提高自己的竞技水平。
例如,在游泳中,运动员需要掌握力学中的浮力原理,合理利用水的浮力来减小自身的阻力,提高游泳速度;在田径运动中,运动员需要学习如何合理利用力学中的力的概念和运动学公式,以提高自己的跳远、投掷等项目的成绩。
四、力学在交通工具中的应用交通工具的设计和制造都需要力学的原理和方法。
高中物理中的力学中的实际应用

高中物理中的力学中的实际应用力学是物理学的一个重要分支,研究物体的力和运动规律。
在高中物理学习中,力学是一个关键且实用的知识点,它的应用贯穿于我们的日常生活和工程实践中。
本文将讨论高中物理中力学的实际应用。
一、飞机的起飞和降落飞机的起飞和降落是力学的一个重要应用场景。
起飞时,飞机需要克服地面摩擦力和重力,通过涡轮发动机产生的动力,以及机翼形成的升力,实现离地。
在降落过程中,通过减小速度和升力,飞机可以安全地着陆。
力学中的牛顿第二定律可以解释飞机起飞和降落的原理。
根据牛顿第二定律,物体的加速度与作用在物体上的力成正比,与物体的质量成反比。
在飞机起飞过程中,引擎产生的推力足够克服摩擦力和重力,使飞机加速起飞。
降落时,飞机减小速度,通过操纵机身和襟翼等控制部件,减小升力以实现安全着陆。
二、汽车的行驶和制动汽车的行驶和制动也是力学的实际应用之一。
汽车在路面上行驶时,需要克服摩擦力和空气阻力,通过发动机产生的动力实现加速和匀速行驶。
力学中的牛顿第一定律和牛顿第二定律可以解释汽车行驶的原理。
牛顿第一定律表明,当没有外力作用于物体时,物体将保持静止或匀速直线运动。
在汽车行驶中,发动机提供的动力克服了摩擦力和空气阻力,使汽车保持匀速行驶。
在汽车制动过程中,力学的知识也起到关键作用。
制动时,汽车需要减小速度和停下。
牛顿第二定律表明,物体的加速度与作用在物体上的力成正比,与物体的质量成反比。
因此,制动时,汽车需要产生适当的制动力来减小速度和停止。
三、大桥的设计与建造大桥设计与建造过程中,力学的应用非常重要。
在大桥设计中,需要考虑桥梁的自重、荷载以及风力等因素,以保证桥梁的稳定性和承载能力。
在施工过程中,力学的知识也用于计算和调整施工中的重力、张力和位移等参数。
力学的静力学和动力学原理被用于大桥的计算和设计。
根据静力学的平衡条件,设计师可以确定桥梁各个构件的尺寸和形状,使其能够承受预计的荷载。
动力学的原理则用于预测和分析桥梁在风力和地震等外部力作用下的反应,以确保桥梁的稳定性和安全性。
力学在生活中的应用

力学在生活中的应用
力学是物理学的一个重要分支,它研究物体的运动和力的作用。
力学的原理和
公式在生活中有着广泛的应用,可以帮助我们更好地理解和利用身边的物体和现象。
首先,力学在交通工具中有着重要的应用。
汽车、火车、飞机等交通工具的设
计和运行都需要力学原理的支持。
例如,汽车的制动距离和行驶稳定性都可以通过力学公式来计算和优化,飞机的起飞和降落也需要考虑到力学原理,以确保飞行安全。
力学的应用使得交通工具更加安全、高效和舒适。
其次,力学在建筑工程中也有着重要的作用。
建筑物的结构设计、承重能力和
抗震性都需要力学原理的支持。
工程师们需要根据力学公式来计算建筑物的承重能力,确保建筑物在不同条件下都能稳定安全地运行。
力学的应用使得建筑物更加稳固和安全。
另外,力学在日常生活中也有着很多应用。
比如,我们在使用各种家用电器时,都需要考虑到力学原理,以确保它们的稳定性和安全性。
此外,力学原理也可以帮助我们更好地理解运动、力的作用和能量转化等现象,从而更好地利用这些知识来改善生活质量。
总的来说,力学在生活中有着广泛的应用,它不仅帮助我们更好地理解和利用
身边的物体和现象,还可以为我们的生活带来更多的便利和安全。
因此,我们应该更加重视力学知识的学习和应用,以更好地适应和改善日常生活。
用力学知识解决生活中问题事例及反思作文

用力学知识解决生活中问题事例及反思作文嗨,亲爱的朋友们!今天我要给大家讲一个有趣的故事,这个故事发生在我和我的朋友们一起搬家的时候。
我们当时正在搬运一些重箱子,但是我们发现这些箱子实在是太重了,我们几个人根本搬不动。
这时,我突然想起了力学知识,于是我决定用力学知识来解决这个问题。
我告诉大家什么是力学。
力学就是研究物体运动和静止的规律的科学。
那么,我们为什么要学习力学呢?因为力学知识可以帮助我们解决很多生活中的问题。
比如,我们可以利用力学知识来修理家里的水管漏水问题,也可以利用力学知识来提高自行车的速度等等。
好了,现在让我们回到刚才的故事。
当时我们正在搬运重箱子,但是我们发现这些箱子实在是太重了,我们几个人根本搬不动。
这时,我突然想起了力学知识,于是我决定用力学知识来解决这个问题。
我让我的朋友站在箱子的一侧,然后让他用力推箱子。
我告诉他要保持身体的平衡,不要让箱子失去重心。
接着,我让我的朋友蹲下来,把双脚放在箱子的底部,然后用力向上跳起来。
这样一来,箱子就会被推出去一段距离。
接下来,我又让我的朋友站在箱子的另一侧,然后同样用力推箱子。
这次,我告诉他要用脚尖踩住箱子的底部,这样才能更好地控制箱子的方向。
我还让他把手放在箱子的侧面,以防止箱子倒下。
我们几个人一起合力推动箱子,终于把它搬到了目的地。
虽然我们都累得满头大汗,但是看到那个重重的箱子终于被搬走了,我们都感到非常开心和满足。
通过这次经历,我深刻地认识到了力学知识的重要性。
在生活中,我们经常会遇到各种各样的问题,而这些问题往往都可以通过运用力学知识来得到解决。
所以,我觉得我们每个人都应该学好力学知识,这样才能更好地应对生活中的各种挑战。
这次搬家的经历让我深刻地认识到了力学知识的重要性。
我相信只要我们掌握了力学知识,就一定能够在生活中遇到问题时迎刃而解。
所以呢,亲爱的朋友们,让我们一起努力学习力学知识吧!。
高中物理力学生活化研究和实践

高中物理力学生活化研究和实践随着科技的不断发展,人们越来越珍视生活质量和健康生活方式,物理力学在日常生活中也开始发挥越来越重要的作用。
通过对物理力学的学习和实践,我们可以更好地了解身边的自然现象,提高生活品质,创造更加美好的未来。
一、交通工具的物理原理交通工具的高速行驶离不开物理学的支持。
汽车、火车、飞机等交通工具的设计和实现都需要物理力学原理的支持和指导。
汽车在行驶过程中,牵涉到动量守恒、摩擦力、离心力等物理原理,设计者需要考虑如何优化这些物理参数来提高车辆的运行效率和安全性。
同样,火车的高速行驶离不开轮轨、离心力、动量守恒等物理原理,而飞机的飞行则需要克服空气阻力、重力、推力等物理力量的影响。
理解这些原理的基础,可以使我们更加了解交通工具的运行机理,从而更加安全地驾驶和乘坐交通工具,提高其可靠性和效率。
二、体育运动的物理原理体育运动中充满着丰富的物理原理,例如运动员的动作力学、能量转换和使用、空气阻力等。
了解这些物理原理,可以帮助我们更好地掌握运动技巧,提高动作的效率和稳定性,降低运动中的损伤和风险。
例如,在跳高、跳远、投掷等项目中,了解动量守恒、身体的能量转换等物理原理可以使选手更好地控制运动轨迹和起跳时间,从而获得更好的成绩。
篮球中的投篮、运动员的跑步等也可以通过物理原理的学习和实践来提高成绩。
三、建筑物的物理原理建筑物在设计和施工过程中,需要考虑许多物理原理,例如力学平衡、支撑力、弹性变形等。
在建筑过程中的任何一环节出现问题,都会影响整个建筑物的安全性和稳定性。
因此,建筑师、工程师和建筑材料的生产商都需要通过物理力学的支持来保证建筑物的质量和可靠性。
例如,在建造高层建筑时,需要考虑楼层高度对建筑物的核心力学参数的影响,以保证建筑物的稳定性和安全性。
同时,通过在建筑材料的生产和加工过程中应用物理力学的原理,可以提高材料的强度和耐久性,从而更好地满足建筑工程的需要。
用力学知识解决生活中问题事例及反思作文

用力学知识解决生活中问题事例及反思作文在我们的日常生活中,力学知识简直无处不在。
有时候,不经意间运用这些知识解决实际问题,还真能带来不少惊喜和成就感呢!记得有一次,我在家里想要挪动一个超级重的大衣柜。
这衣柜又大又沉,平时看着它就觉得头疼,那天却突发奇想,非要给它换个位置不可。
我一开始那叫一个莽撞,撸起袖子,弯下腰,就想用蛮力把它直接推动。
结果呢,累得我气喘吁吁,衣柜却纹丝未动,就好像在嘲笑我自不量力似的。
“哎呀,这可咋办呀!”我直起腰,擦了擦额头的汗,心里那叫一个郁闷。
就在我准备放弃的时候,脑子里突然闪过了在物理课上学到的力学知识。
我想起了摩擦力这个家伙,要想减小摩擦力,就得让接触面变得更光滑呀!于是,我在家里翻箱倒柜,找出了一些旧的塑料垫子。
我把它们垫在了衣柜的脚下,心想:“嘿嘿,这下摩擦力应该能减小不少吧!”再次尝试推动衣柜,嘿,还真有点效果!衣柜动了那么一点点,但还是很费劲。
我又琢磨起来,这推力的方向和大小是不是也有讲究呢?我回忆起老师讲过的力的分解和合成,想着如果斜着推,是不是能更省力呢?说干就干,我调整了姿势,斜着身子,用更大的力气去推。
哎呀呀,这一次,衣柜终于开始慢慢地移动了!虽然速度慢得像蜗牛,但好歹是在动啦!我兴奋得不行,一边推一边给自己加油打气:“加油,加油,马上就挪到位啦!”费了九牛二虎之力,衣柜终于被我挪到了想要的位置。
看着摆放整齐的房间,我心里那叫一个美啊!通过这件事,我可真是好好反思了一下。
以前总觉得书本上的力学知识就是为了应付考试,没啥实际用处。
但这次的经历让我明白,这些知识其实就在我们身边,关键是得会用。
想想看,如果我一开始就能运用好力学知识,也许就不用费那么多的力气,也不用累得腰酸背痛了。
这也让我明白了,学习知识不能死记硬背,得真正理解,并且能在生活中灵活运用。
而且啊,通过这次挪衣柜,我还发现做事情不能光靠蛮劲,得动脑子。
遇到问题,先别着急蛮干,冷静下来想想学过的知识,说不定就能找到解决问题的好办法。
高中物理力学生活化研究和实践

高中物理力学生活化研究和实践自古以来,物理学就是人类追求真理的重要分支之一。
力学作为物理学的分支,向我们揭示了宇宙的结构和运动规律,具有不可替代的重要性。
而对于高中学生来说,学习力学也是一项必修课程,不仅是为了获得知识,更是为了让学生感知力学在日常生活中的应用和实践,从而更好地理解科学知识,提高实践能力。
一、生活中的力学知识以生活中常见的一些物理现象为例,力学知识在其中的应用不胜枚举:1. 拉羊肉在生活中,拉肉时,往往需要将肉串在木签上,以便方便传递。
这时,我们就可以利用杠杆原理,将木签的一个头放在固定支点上,用另一个头施加力,从而轻松地拉起整条羊肉。
2. 投掷运动在日常生活中,我们总会接触到一些与投掷运动有关的活动,比如抛硬币、斯诺克球、乒乓球、足球等。
这些运动本质上都是考虑初速度和起始位置、地面反弹等因素的运动,能够帮助我们更好地理解力学中的速度、加速度以及落体运动等基本概念。
3. 制动原理汽车、自行车制动时,往往会利用制动器进行制动。
制动器原理实际上是利用摩擦来制动,这就涉及到了牛顿第二定律:F=ma。
当我们施加制动力时,车辆会有一个制动减速度,从而达到制动的效果。
4. 秤的原理使用秤量物时,我们会发现不同的物品所需要的力量不同。
这是由于牛顿第三定律:作用力与反作用力相等,或引力互相作用的基本原理导致的。
我们在使用秤量物时,实际上也是利用了这个原理。
1. 力学模拟实验在学习力学的过程中,我们经常会进行各种实验来更好地理解理论知识。
比如,常见的平衡物块实验、杠杆平衡实验、弹簧的拉伸实验等。
这些实验让我们有效进退定理,更好地强化我们的理论知识。
2. 机械设计高中阶段的学生,已经可以进行初步的机械设计和制造工作。
比如,构想一款简约而实用的便携式电风扇,我们需要考虑风扇转速、风向、耗电量等因素,这就需要我们运用力学的知识,从而设计出一个更加实用和高效的产品。
3. 生活场景设计在生活场景中,力学的应用同样非常广泛。
用力学知识解决生活中问题事例及反思作文

用力学知识解决生活中问题事例及反思作文用力学知识解决生活中的小问题哎呀,说起力学,这可真是个神奇的学科!它就像是我们日常生活中的小助手,总能在不经意间帮我们解决一些小麻烦。
今天,我就来给大家分享几个力学的神奇应用,保证让你大开眼界!首先得说说家里的那些小玩意儿。
比如那个自动关水龙头的神器,是不是每次都能准时“下班”?其实啊,这背后可是大有学问。
你看,当水压增大时,阀门会自动打开;而水压减小时,阀门又会自动关闭,这就是利用了流体力学的原理。
再比如说,那台自动扫地机器人,它是怎么自己转圈圈、上下爬楼梯的呢?这不也是力学的功劳吗?再来说说我们的交通工具。
记得那次我不小心把脚扭了一下,疼得直咧嘴。
结果一看,原来是自行车轮胎瘪了。
这时候,我想起了力学里的浮力原理。
你知道嘛,水的浮力可以让物体在水面上保持平衡,如果轮胎里灌满了水,那么它就会像船一样浮起来。
于是,我赶紧跑到附近的商店买了一瓶水,把轮胎里灌满,嘿,还真别说,自行车居然又能稳稳地骑上路了!还有啊,我们做饭的时候也经常用到力学的知识。
记得有一次,我切洋葱切到眼睛了,眼泪直流。
后来我才知道,这是因为洋葱里的化学物质刺激到了眼睛的泪腺。
为了解决这个问题,我试着将切菜板放在热水中泡一泡,这样就能减少摩擦力,让切菜变得更加轻松。
当然啦,生活中还有很多这样的小窍门。
这些看似不起眼的小事,其实都是力学的魔法。
只要我们用心去观察,去思考,就能发现生活中处处都有科学的身影。
最后我想说,力学真的是一个非常有趣的学科。
它不仅能够帮助我们解决生活中的小问题,还能让我们对这个世界有更深入的理解。
所以,下次当你遇到困难时,不妨试试用力学知识来解决问题,说不定会有意想不到的收获哦!。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
论文——高中物理生活中的力学问题在教学中的应用(合集5篇)第一篇:论文——高中物理生活中的力学问题在教学中的应用论文高中物理生活中的力学问题在教学中的应用摘要:本文从物理模型、实例应用两方面对日常生活中的质点力学、刚体力学、流体力学的例子进行分析和讨论。
旨在让学生明白物理学的基础性,也使力学教学贴近生活,走进生活;亦可增强物理教学的趣味性,激发学生的学习兴趣,提高学习的积极性和主动性。
关键词:日常生活物理模型实例应用 STS物理学是一门基础学科,是现代科学技术的基础,物理知识在现代生活、社会生产、科学技术中有广泛的应用。
力学是与日常生活关系最密切的物理学科之一,可以说在我们日常生活中,力学几乎无处不在。
人们的衣食住行处处都与力学有着紧密的联系。
本文从质点力学、刚体力学、流体力学的物理机理分析日常生活中的力学问题,以及物理学与社会的联系,说明物理教学与实践的关系,使力学教学贴近生活,走进生活。
以求激发学生的学习兴趣,达到更好的教学效果;提高学生分析问题和解决问题的能力;提高学生科学文化素质;为将来的创新打下一定的基础[1]。
质点力学教学1.1 物理模型在很多实际问题中,物体的形状和大小与所研究的问题无关或者所起的作用很小,我们就可以在尺度上把它看作一个几何点,而不必考虑它的形状和大小,它的质量可以认为就集中在这个点上,这种抽象化的模型,叫做“质点”。
例如,研究行星绕太阳运动时,虽然行星本身很大,但是它的半径比起它绕太阳运动的轨道半径却小得多,因此我们在这些问题中就可以把行星看作质点。
但在研究它们(例如地球)自转时,就不能把它们看作质点了。
在一般情况下,一切物体都可以看作是质点的集合,所以,研究力学一般都从质点力学开始。
质点力学是力学研究的基础,在中学阶段物理课程中的力学部分也是建立在质点力学的基础上的。
如:牛顿定律、动量定理、动量守恒定理、动能定律、动能守恒定律、力矩、势能等等[2]。
1.2 实例应用1.2.1 走或跑的受力情况走或跑时,人体受的外力包括空气阻力、作用于身体总质心的重力以及地面支撑脚的力(简称为支撑反力)。
支撑反力是地面对人脚的总的作用,它是竖直向上的压力与水平方向的静摩擦力的合力。
许多人认为水平方向的静摩擦力就是使人前进的外力。
其实,人的走动并不等同于一个物体的平移,人体的总质心还在不断地上、下运动,正压力也会起加速作用。
因此,静摩擦力并不是全部的起加速作用的外力。
全面地说,起加速作用的外力是地面作用于支撑脚的支撑反力。
为研究问题的方便,可以把支撑反力看成是体重反力与蹬地反力的合力。
体重反力是指由于人体具有静态重量而产生的那一部分地面对脚的作用力,其大小总是等于体重,方向总是竖直向上,蹬地反力的大小取决于人以多大的力蹬地,方向则与人蹬地的方向相反。
在脚刚落地至蹬地前的缓冲动作中,脚向前下方蹬地,蹬地反力斜向后〔图1(a)〕,因此支撑反力也斜向后,对人的前进起制动作用,使人体减速。
而在蹬地动作中,脚向后下方蹬地,蹬地反力斜向前〔图1(b)〕,因此支撑反力也斜向前,对人体起加速作用。
走和跑是我们每个人每天都在做的活动,但在以前的教学中对其的力学分析不够透彻。
通过该实例在教学中的应用,并对其进行比较全面的分析。
既可使学生能理解相关的物理知识,也使学生学会如何用所学的物理分析问题,这样做的好处是可以提高学生分析问题的能力。
也使力学教学贴近生活,走进生活。
1.2.2神奇的劈和楔人们把刀、斧等切割工具的刃部叫作劈,而一头厚一头薄的斜面木料叫做楔。
劈能轻而易举地劈开坚硬的物体,楔可使物体间接触得更紧密。
古代有这样一个传说,明朝年间,苏州的虎丘寺塔因年久失修,塔身倾斜,有倒塌的危险。
当时,有人建议用大木柱将其撑住,可这样又大煞风景。
不久,有一位和尚把木楔一个一个地从塔身倾斜的一侧的砖缝里敲进去,结果扶正了塔身,试分析原因。
图2楔的受力图解析:因为楔的纵截面是一个三角形,使用它们的时候,在其背上加一个力就是楔(劈)的两个侧面形成两个推压物体的力是一等腰三角形,楔宽,在力,这个力产生的效果,的作用下,楔把物体楔紧。
设它们的纵截面,它们的侧面长度是,如图2所示。
由相似三角形可得,所以若三角形的顶角为,则有,即,综上所得:由此可知,当一定时,越小,就越大,因此,越薄的楔就越容易钉进物体里。
显然,和尚正是利用了质点力学中力的分解原理解决了生活中遇到的这一大难题。
这个小小的实例虽然所涉及到的物理知识难度不大,但力的合成和分解教学是安排在高一课程中,学生的物理知识积累并不多,而且对力的分解与合成也是初步涉及。
如果在课堂之中应用该实例进行教学,可以使学生对力的合成和分解的作用之大有着很深刻的印象,并对该知识点有较深刻的理解,有助于教师教学和学生学习。
刚体力学教学2.1 物理模型刚体是一种特殊的质点组,这种特殊的质点组具有这样的性质:就是其中任何两个质点间的距离不因力的作用而发生改变,这种特殊的质点组叫做刚体。
刚体和质点一样,也是从实际物体中抽象出来的,是一种理想化的模型,在所研究的问题中,只有当物体的大小和形状的变化可以忽略不计时,才可以把它当作刚体看待[3]。
2.2 实例应用:汽车急刹车时的受力分析质量为的汽车在水平路面上急刹车,前、后轮均停止转动,前后轮相距,与地面的摩擦系数为,汽车质心离地面高度为,与前抡轴水平距离为,试分析前后轮对地面的压力。
图3汽车急刹车时的受力图解析:把汽车模型化为刚体,以此为隔离体。
汽车受力如图3,支持力;因前后轮均停止转动,故和和、分别代表重力和地面均为滑动摩擦力。
根据质心运动定理:在地面上建立直角坐标系,将上试向轴投影:因为滑动摩擦力为:。
应用对质心轴的转动定理,得:建立平动的质心系由上面方程可解出:、但方向朝下。
根据牛顿第三定律,前后轮对地面的压力大小分别为讨论:若汽车静止于水平地面上,则地面对前后抡支撑力为:[4]综上计算结果比较可知,刹车时前轮受到的压力比静止时大,并造成汽车的前倾。
汽车加速时则后倾。
汽车是日常生活中必不可少的交通工具,学生对车可以说都是非常熟悉,但是其中的力学机理知道甚少,该实例应用是以题型的形式给出,这样既可以让学生对所学知识(刚体的概念,质心轴的转动定理,质心运动定理等)有比较深刻的理解,还能通过该实例的分析提高学生分析和处理问题的能力。
生活中的流体力学问题3.1 物理模型物质的自然存在形式有三种:固体、液体和气体。
后两种形式的物质又称流体。
流体是没有固定形状、容易迁移和变形的物质,在静止状态只能承受压力而不能承受拉应力和剪应力。
运动的流体存在微小拉应力和剪应力是由于流体的分子相对运动引起的,而不是可以人为施加的。
宏观平衡状态下的流体不能承受拉应力和剪应力,是流体区别于固体的根本标志。
流体可以发生形状和大小的变化,这一点和弹性体类似,但流体主要具备体积压缩弹性,例如用力推活塞一压缩密闭气缸中的气体,在撤消外力后,气体将恢复原状,将活塞推出[3][10]。
3.2 实例应用3.2.1 足球转弯之迷足球场上发任意球时,有的球员可以发出拐弯的香蕉球真让人叹为观止。
为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?我们应当了解到踢出的足球在行进过程中除向前运动外本身还有自身的自旋。
假设空气不流动,足球向右运动,同时从上向下看还有绕竖直轴逆时针的方向自旋(图4),如果以球为参照物,则空气相对球向左运动,同时,由于球的自旋,球表面粗糙,靠近球表面有一层空气被球带动而作同一方向的旋转,结果在球的左、右两侧的的速度。
、两部分空气相对于球的运动速度不等(图5),其中部分的速度大于部分图5自旋行进足球受力分析图根据流体力学的伯努利方程左右两侧处于同一高度:由于,故得出图6足球弧线进球图、两部分的压强不等使左、右两侧之间产生了压力差,形成了一个指向产生了加速度面的合力,才导致球的运动轨迹发生了偏转。
假使合力,在时间内偏离原直线距离为,又运动学知识所以,位移的大部分发生在后一段时间里(图6),这就导致了我们视觉上总以为球是在球门前突然转弯飞如球门的[6]。
现在的学生有很大一部分对足球很感兴趣,把该实例应用于教学中首先就可以抓住很多学生的心,让他们注意力集中,提高学生学习的兴趣;其次也可使学生对教学中所要求的知识点做比较全面的理解;提高教学的综合水平。
3.2.2 沙尘飞扬的力学分析(1)物体在流体中运动时的阻力当物体在粘滞性流体中运动时,物体将受到流体的阻力作用,在相对运动速率不大时,这种阻力主要来自于流体的粘滞力,并称为粘滞阻力。
由于在流体中物体表面附着有一层流体,这层流体随物体一起运动,在物体表面周围的流体中必然形成一定的速度梯度,从而在各流层之间产生内摩擦力,阻碍物体的相对运动。
英国力学家、数学家斯托克斯(George Gabriel Stokes 18191903)于1851年提出球形物体在粘性流体中作较慢运动时受到的粘滞阻力的大小由下式决定,式中为流体的粘滞系数,它与流体性质和温度有关,为球体的半径,对于流体的速度较小时近似成立)为球体相对于流体的速度。
(说明:表达式只对球体相如果让质量为力的作用:重力,半径为;流体浮力的小球在静止粘滞流体中受重力作用竖直下落,它将受到如图7所示三个;粘滞阻力,这三个力作用在同一直线上。
起初,小球速度小,重力大于其余两个力的合力,小球向下作加速运动;随着速率的增加,粘滞阻力也相应增大。
当小球速率增大到一定数值时(极限速率),小球作匀速运动,此时作用于小球上的重力与浮力和粘滞力相平衡。
,小球密度为,小球速率为,则有下面的关系:如果流体密度为由此可求得小球下落的极限速率为:=1.80×10-5 Pa·s,假设小球(沙尘)的密度是若流体为空气,它在标准状况下,粘性系数=2.4×108r2m/s 2.0×103kg/m3(远大于空气密度1.293kg/m3)重力加速度为9.8m/s2。
代入上式可得:当小球的半径为1×10-7m时,小球下落的极限速率为2.4×10-6m/s;小球的半径为1×10-4m,小球下落的极限速率为2.4m/s;而当小球的半径为l×10-3m时,小球下落的极限速率为2.4×102m/s。
可见,小球下落的极限速率与其半径的平方成正比,半径越大,下落的极限速率就越大。
从上面讨论还可看出极限速率与小球密度有关,密度大相应的极限速率也越大。
(2)沙尘飞扬的原因根据上述分析,我们来讨论地面上沙尘是怎样被扬起成为风沙的。
由于沙尘在风力作用下运动时,颗粒的浓度较稀,且颗粒所受约束较少,所以,可忽略颗粒与颗粒之间的相互作用,可以用单颗粒的运动模型来描述沙尘颗粒的有关运动特性,即将沙尘颗粒视为“小球”。
上面讨论过半径为r物体在静止流体中运动时的阻力,而风沙的形成则必须考虑当流体(空气)处于流动状态时的情形,因此上面计算得到的极限速率应理解为沙尘相对于流动空气的极限速率,沙尘相对空气的速率只能小于或等于极限速率。