高中物理力學(xué)知識在土木工程中的應(yīng)用研究

李振

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）14-0172-01

在人類現(xiàn)代文明發(fā)展過程中，土木工程扮演著重要角色，給人類社會創(chuàng)造了嶄新的建筑環(huán)境。對于土木工程建筑構(gòu)造來說，力學(xué)可謂其根基性存在，對建筑產(chǎn)品穩(wěn)定性具有重要影響。在高中物理知識中，力學(xué)作為重要組成部分，在土木工程中有著廣泛應(yīng)用。對高中物理力學(xué)知識在土木工程中的應(yīng)用進行研究，能夠讓我們更加深入地了解高中物理力學(xué)知識。本文即對高中物理力學(xué)知識基本內(nèi)容及其與土木工程的理論聯(lián)系進行分析，并通過實例對高中物理力學(xué)知識在土木工程中的應(yīng)用進行探究。

一、高中物理力學(xué)知識及其在土木工程中應(yīng)用理論

在土木工程中，建筑力學(xué)為其基礎(chǔ)理論。建筑力學(xué)共分為三大部分：一為理論力學(xué)，對物體在力的作用下平衡問題進行研究；二為材料力學(xué)，對材料在各種外力作用下產(chǎn)生的變化極限進行研究；三為結(jié)構(gòu)力學(xué)，對工程結(jié)構(gòu)受力于傳力規(guī)律等進行研究。但無論是哪一種力學(xué)，均以力學(xué)為基礎(chǔ)，是對高中物理力學(xué)知識的擴展應(yīng)用。而從力學(xué)的發(fā)展來看，其也與土木工程的推動與促進密切相關(guān)。土木工程對于力學(xué)知識來說，營造了天然的實驗環(huán)境，能夠不斷地激發(fā)新的力學(xué)問題，促進力學(xué)理論的發(fā)展，可以實現(xiàn)對力學(xué)知識的驗證與補充。在土木工程的發(fā)展過程中，高中物理力學(xué)知識發(fā)揮了重要應(yīng)用價值，得到了廣泛應(yīng)用。

二、高中物理力學(xué)知識在土木工程中的應(yīng)用實例

在土木工程領(lǐng)域中，建筑工程的穩(wěn)定性為其必須考慮的重點因素。在現(xiàn)實生活中，雖然人們建造了諸多的神奇建筑，令人感到不夠穩(wěn)定，如比薩斜塔及蘭卡威天塹飛橋等，但這些建筑實際上均屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可以通過力學(xué)原理進行解釋。在土木工程實踐中，力學(xué)知識的應(yīng)用關(guān)鍵在于確保建筑體的穩(wěn)定性。以中國石拱橋來說，該種建筑為我國古代勞動人們的智慧結(jié)晶，在全世界范圍內(nèi)均聞名遐邇，雖然石拱橋僅僅是簡單的石塊所堆砌的橋梁，但卻能夠很好地保持穩(wěn)定，實現(xiàn)力的平衡。這是因為我國石拱橋建造堆砌雖然看起來較為簡單，但卻充分地利用了力學(xué)知識，實現(xiàn)自身的穩(wěn)定性與平衡。以石拱橋建筑為例，可對高中物理學(xué)知識在土木工程中的具體應(yīng)用形成直觀的了解。

假設(shè)一座石拱橋通過1、2、3、4四塊石塊構(gòu)成（見圖1），石拱橋左右結(jié)構(gòu)對稱，其中第1塊石塊、第4塊石塊同地基保持相連狀態(tài)，第2塊石塊又同第1塊石塊相連，第3塊石塊同第4塊石塊相連。對于這座石拱橋，可通過力的平衡原理展開力學(xué)分析。對這座石拱橋進行分析的過程中，可分別針對四塊石塊的受力加以分析，石拱橋的第1塊石塊不僅會受到石塊的重力 G1，而且會受到地基的反作用力F0，同時會受到第2塊石塊所施加的反作用力F21，其所受到的力的作用共包括三個，基于正交分解法，即可對相應(yīng)工程進行列出。

石拱橋的第2塊石塊在受力方面，不僅會受到自身重力G2，同時會受到第1塊石塊施加的反作用力F12，還會受到第3塊石塊施加的反作用力 F32，共受到三個力的作用，同樣可通過正交分解法對其實施受力分析，列出方程。因第3塊石塊同第4塊石塊與第1塊石塊、第4塊石塊結(jié)構(gòu)具有對稱性，所以可采用同樣的分析方法，只是方向為相反方向，所以在這里不再對這兩塊石塊進行受力分析。

通過以上對石拱橋進行的受力分析可以看到，基于力的平衡原理，對于每個石塊均可展開受力分析，繼而實現(xiàn)在橋梁最大受力值方面的計算，利用最大受力值確定工程實際操作可控力范圍，為橋梁安全與穩(wěn)定性提供切實保障。這種研究雖然僅僅是針對橋梁平衡所展開的研究，但針對橋梁在實際使用過程中形成的負(fù)載問題，同樣能夠以相同思路進行分析。這樣，通過對力的平衡進行計算，就可以用在設(shè)計橋梁過程中選擇截面尺寸以及合適的建筑材料和如何使橋梁經(jīng)濟化等?？梢钥闯觯谕聊竟こ虒嵺`中，高中物理力學(xué)知識具有重要作用。

所有建筑工程的建造，都與力學(xué)密切相關(guān)，可以說如缺少可靠的力學(xué)支撐，就無法對建筑結(jié)構(gòu)的安全加以保證，也無法建造出諸多優(yōu)秀的建筑物等。所以，在土木工程的發(fā)展過程中，作為其建筑力學(xué)的重要基礎(chǔ)，高中物理力學(xué)知識有著廣闊的應(yīng)用空間。在科技不斷進步的今天，高中物理力學(xué)知識仍然可同土木工程各種先進技術(shù)融合起來，促進土木工程力學(xué)應(yīng)用與發(fā)展，為該行業(yè)提供更好服務(wù)，使土木工程在穩(wěn)定性與安全性以及實用性方面均得到不斷提高，這也是現(xiàn)代建筑物發(fā)展的必然趨勢，在物理力學(xué)知識支撐下，土木工程才能越走越遠(yuǎn)。