機(jī)械構(gòu)造中的物理問(wèn)題探究

欒英凱

(遼寧省實(shí)驗(yàn)中學(xué)營(yíng)口分校,遼寧營(yíng)口 115000)

早在初中階段我們就已經(jīng)開(kāi)始接觸物理知識(shí)了,但是那時(shí)候的物理知識(shí)都是一些相對(duì)簡(jiǎn)單的原理,而高中三年所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)更加深入,同時(shí)也更加生動(dòng),我們?cè)谌粘５纳钪须S處可見(jiàn)高中物理知識(shí)的應(yīng)用,特別是在機(jī)械構(gòu)造的領(lǐng)域當(dāng)中。由此可見(jiàn),如果我們能夠細(xì)心觀察生活,留意生活中發(fā)現(xiàn)的一些現(xiàn)象、機(jī)械等,就能夠大大降低物理學(xué)習(xí)的抽象感,幫助我們學(xué)好物理。另一方面,如果我們能夠在生活中發(fā)現(xiàn)物理,那么我們也一定能夠在生活中運(yùn)用物理知識(shí),不僅僅解決現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題,同時(shí)還培養(yǎng)了對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。本文筆者從高中生的角度出發(fā),結(jié)合高中物理課本上學(xué)習(xí)到的內(nèi)容,對(duì)幾個(gè)平時(shí)生活中常見(jiàn)的機(jī)械設(shè)備所包含的物理知識(shí)進(jìn)行分析。

1 挖掘機(jī)中的物理知識(shí)

經(jīng)過(guò)工地的時(shí)候,我們經(jīng)常會(huì)看到挖掘機(jī)在工地作業(yè)。挖掘機(jī)的出現(xiàn)大大提高了施工效率,并且節(jié)省了很多的人力。以下我將解釋挖掘機(jī)機(jī)械臂以及挖掘機(jī)履帶中蘊(yùn)含的物理知識(shí)。當(dāng)我們了解其工作原理后,就能夠更好的了解這個(gè)機(jī)械,甚至以后有機(jī)會(huì)還能對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)和改造。

1.1 挖掘機(jī)機(jī)械臂中的物理知識(shí)

高中物理中,力學(xué)知識(shí)占了很大的比重,而挖掘機(jī)的機(jī)械臂就應(yīng)用了力學(xué)知識(shí)中的杠桿原理。杠桿是一個(gè)統(tǒng)稱,有三類,即省力杠桿、費(fèi)力杠桿和等臂杠桿。通過(guò)杠桿平衡公式我們可以界定這三種杠桿。L1×F1=L2×F2,此時(shí)如果L1＞L2并且F1＜F2,為省力杠桿,反之為費(fèi)力杠桿,如果L1=L2且F1=F2,就是等臂杠桿。其中省力杠桿在生活中的應(yīng)用體現(xiàn)在羊角錘、鐮刀等等,費(fèi)力杠桿在生活中的應(yīng)用為筷子、魚竿等。而觀察挖掘機(jī)機(jī)械臂的工作方式,我們不難看出挖掘機(jī)機(jī)械臂的動(dòng)力臂小于阻力臂,在杠桿的分類中是費(fèi)力杠桿。挖掘機(jī)在進(jìn)行工作的時(shí)候能夠以駕駛室為圓心進(jìn)行360°的旋轉(zhuǎn),為了便于旋轉(zhuǎn)因此機(jī)械臂的長(zhǎng)度受到了限制。因此費(fèi)力杠桿原理的應(yīng)用能夠解決這一問(wèn)題。能夠360°旋轉(zhuǎn)的挖掘機(jī)最大限度的增加了在一個(gè)位置的挖掘效率。

1.2 挖掘機(jī)履帶中的物理知識(shí)

挖掘機(jī)的主要構(gòu)造就是機(jī)械臂、駕駛室和履帶。挖掘機(jī)的履帶和我們平時(shí)在電視上見(jiàn)到的坦克的履帶非常相似,之所以這樣設(shè)計(jì)是因?yàn)橥诰驒C(jī)自身的特點(diǎn)導(dǎo)致的。挖掘機(jī)自重較大,而且挖掘機(jī)的工作環(huán)境相對(duì)惡劣,一般都要在凹凸不平的沙土路線行進(jìn)以及作業(yè),如果使用普通的充氣輪胎作為挖掘機(jī)的移動(dòng)裝置,大大降低了挖掘機(jī)的靈活性,同時(shí)還給挖掘機(jī)的使用帶來(lái)了諸多不便。另外,根據(jù)P=F/S可知,在外力相同的條件下,接觸面積越大壓強(qiáng)就越小,而壓強(qiáng)越小所產(chǎn)生摩擦力就越小。挖掘機(jī)本身的自重非常大,如果使用充氣輪胎作為其運(yùn)動(dòng)裝置,拋開(kāi)工作環(huán)境惡劣的因素,想要移動(dòng)挖掘機(jī)需要的動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于履帶作為挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置做需要的動(dòng)力,履帶能夠最大限度的降低其在使用過(guò)程中需要的能源。與此同時(shí),挖掘機(jī)履帶上有許多凹凸不平的棱,他們?cè)龃罅寺膸c地面之間的摩擦力,來(lái)抵消挖掘機(jī)自重產(chǎn)生的靜摩擦力,來(lái)幫助挖掘機(jī)在地面靈活運(yùn)動(dòng)。

2 發(fā)電機(jī)中的物理知識(shí)

電能是現(xiàn)代社會(huì)人們工作生活和學(xué)習(xí)都無(wú)法離開(kāi)的重要能源之一,電能的出現(xiàn)讓晚上的電燈亮了起來(lái),家用電器能夠運(yùn)轉(zhuǎn),通訊設(shè)備能夠正常工作等等,如果沒(méi)有了電,我們的生活將無(wú)法正常進(jìn)行。總而言之,電能已經(jīng)成為當(dāng)下人們生活中必不可少的能源。在學(xué)習(xí)高中物理后,我對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的物理原理有了一定了解。

在物理實(shí)驗(yàn)課堂上了解到,發(fā)電機(jī)主要有定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。兩塊磁性相反的磁鐵作為定子,磁鐵中間的軸承一端連接了線圈,另一端連接了銅環(huán)和電刷等零件。當(dāng)電路閉合時(shí),閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中進(jìn)行切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)時(shí),我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路中連接的靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),即電路中產(chǎn)生了電流。這種現(xiàn)象被稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在課堂上我們使用的發(fā)電機(jī)模型中兩塊磁鐵的磁力很有限,而且線圈切割磁感應(yīng)線的速度也很慢,因此產(chǎn)生的電流也非常微弱。在發(fā)電機(jī)實(shí)際使用的過(guò)程中,相關(guān)人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)度或者是切割磁感線的導(dǎo)體的長(zhǎng)度來(lái)增加電流。

我們知道電流有交流電和直流電之分,想要了解發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流是直流電還是交流電我們可以通過(guò)電流表的指針擺動(dòng)方向來(lái)判斷。在線圈切割磁感應(yīng)線的過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)電流表的指針在左右擺動(dòng),并且呈現(xiàn)規(guī)律,可見(jiàn)電流的方向是有著周期性變化的。因?yàn)榫€圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中分別會(huì)出現(xiàn)線圈和磁感應(yīng)線垂直和平行的時(shí)候,當(dāng)導(dǎo)體和磁感應(yīng)線垂直,產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大,而與磁感應(yīng)線平行的時(shí)候產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小。而且線圈切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動(dòng)方向是變化的,所以線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流方向就會(huì)出現(xiàn)一次變化,這樣的周期性變化使得發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流為交流電。

3 結(jié)語(yǔ)

高中物理知識(shí)雖然只是物理學(xué)科所有知識(shí)的很小一部分,但是這部分內(nèi)容已經(jīng)能夠幫助我們解決很多生活中遇到的問(wèn)題以及解釋生活中的一些現(xiàn)象。我們所提到的這些器械,為了能夠達(dá)到他們的使用效果和功能,在其設(shè)計(jì)時(shí)就必須要應(yīng)用到相應(yīng)的物理知識(shí)。通過(guò)這次的觀察和分析,讓我明白了學(xué)習(xí)高中物理并不是僅僅為了解決書本上以及試卷上的問(wèn)題,更重要的是要解決生活中的問(wèn)題,同時(shí)再通過(guò)觀察生活更深入的理解課堂上的內(nèi)容。將課堂的理論和生活的實(shí)際結(jié)合起來(lái),我們才能真正的做到活學(xué)活用。