浅谈生活中的力学知识
：白玉川
学号：201305507
班级：2013055
专业：工程力学
：
目录：
摘要 (2)
关键词 (2)
一、江河大堤与水库大坝 (2)
二、世界上最大的风力发电机-SL5000 (4)
三、潜水艇和鱼如何实现上浮和下沉 (5)
四、弹性力学对跳板的解释 (5)
五、小结 (7)
参考文献 (8)
浅谈生活中的力学知识
摘要：生活中很多事情都可以用力学的观点去解释，而关于这方面的书却很少，我认为我们学生应该学以致用，多用力学的观点看问题，这样也能使我们的理论知识得以提升，本文从前人的实验数据和生活中的实例进行分析，从而说明只要我们以力学的观点看问题，生活中就处处有力学的存在。

关键词：生活实例材料力学结构力学弹性力学流体力学
一、江河大堤与水库大坝
一般江河大堤和水库大坝的横截面如图1甲、乙所示。

比较上面两图，不难发现，它们的共同之处都是上窄下宽，不同的是江河堤的迎水面坡度缓，背水面坡度陡，而水库坝则恰恰相反，挡水面坡度陡，背水面坡度缓。

1、为什么江河大提与水库大坝都修成上窄下宽
无论是江河大堤，还是水库大坝都修成上窄下宽，其目的主要是为了“三防”。

1、防水压：根据液体部压强公式ｐ＝可知，堤坝的水越靠近堤坝底，水深ｈ越大，水产生的压强也越大．堤坝下宽能承受较大的水压，确保堤坝的安全。

2、防渗漏：堤坝下部受水的压强越大，水越容易渗进坝体．把下部修得宽些，就可以延长堤坝水的渗透路径，增大渗透阻力，从而提高堤坝的防渗透性能。

3、防滑动：堤坝水的压力总有将大堤向外水平推动和将大坝推向下游的运动趋势，堤坝基底需要有与之抗衡的静摩擦力，才能保持堤坝平衡。

将堤坝下部修宽既可增大坝体的重力，也可增大迎水面（挡水面）上水对坝体竖直向下的压力，
因此，可以增强坝体与坝基间的最大静摩擦力，达到
防止堤坝滑动的目的。

2、为什么江河大堤和水库大坝两边的坡度陡缓状况
修得恰恰相反
对于两岸拦水的大堤来说，奔腾的江河水的冲击力方向朝下游，水对堤坝的作用力主要是压力，如图2甲、乙所示，水的压力垂直于堤面，根据力的分解知识有，＝Ｆsin，＝Ｆcos，因此，对于同样大小的水的压力Ｆ，坡度平缓的堤面所受横向水平压力较小，即＜；所受竖直向下的压力较大，即＞．所以对于江河大堤，迎水面坡度缓，水对大堤水平向外的推力小．同时竖直向下的力大，有利于增大堤坝基底与堤坝的静摩擦力，即可以防滑。

对于水库大坝受力分析，如图3所示，根据液体压强公式ｐ＝，水库大坝的挡水面各处承受的压强跟水深成正比，呈三角形分布，故总水压力通过压强的三角形分布距坝底Ｈ／3。

设水库大坝的总重力为Ｇ，重心在Ｏ′处，为便于分析，设水库中水对大坝的总压力Ｆ水平向外（大坝外侧），如右下图所示．因受水的压力Ｆ的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚Ｏ为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为ＭＦ＝Ｆ×Ｈ／3。

而大坝依靠自身的重力Ｇ产生的抗倾覆力矩ＭG＝Ｇｄ。

把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂ｄ的效果，从而达到增大抗倾覆力矩ＭG的效果。

由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定。

二、世界上最大的风力发电机-SL5000
2011年8月，海上最大风力发电机SL5000在湾东海大桥风电场安装成功。

SL5000是目前世界上安装最大的风力发电机，设计寿命20年，最终将从空气中获取4亿千瓦时的电能。

众所周知，获取风能的方式是目前对自然界影响最小的。

但是作为世界上最大的风力发电机，同时又要安装在每年都有几个月是台风肆虐的季节的湾，因此，叶片的质量事关重大。

下面简单谈一下力学知识在叶片制造过程中的重要性。

叶片。

因为叶片的长度超过60米，又要在残酷的环境中经受考验，所以叶片要求要有最大的强度和最轻的重量。

又因为叶片的形状根据流体力学设计为了获得最大的动力为不规则的形状，所以最终选择制造叶片的材料是玻璃钢，也就是环氧树脂中加入编织物的复合材料。

然而依据力学知识设计制造出叶片样
品之后，最重要的程序就是进行样品检测，
结合计算机分析出叶片结构中各个位置的
受力情况。

在这个过程开始之前首先要在
叶片各个部位贴上应力感应器，以此来观
察叶片细微应力的变化。

在实验室模拟自然界最强的力量来考验叶片，叶片20年的设计寿命等于施加大荷
载振动400万次，现在在相同
荷载下让叶片振动500万次，
振动完成后检查叶片部破损
的情况，以此来确定叶片是否
达到了设计要求。

三、潜水艇和鱼如何实现上浮和下沉
潜水艇是通过改变自身的重力来实现上浮和
下潜。

潜艇主压载水舱水增多时，增加重量，当重量大于水所产生的浮力时，即从水面潜入水下。

用压缩空气把主压载水舱的一部分水排出，重量减小，当自身重力小于水产生的浮力时，即从水下浮出水面。

艇设有专门的装置调整水舱，用于注入或排出适量的水，以调整因物资、弹药的消耗和海水密度的改变而引起的潜艇水下浮力的变化。

艇首、艇尾还设有纵倾平舱，通过调整首、尾平舱水量以消除潜艇在水下可能产生的纵倾。

而鱼不同，它是靠改变
自身体积，而改变自身密度
来实现上浮和下潜的。

鱼想
下潜时，鱼就把鱼鳔的一部
分气体排出体外，体积减小，
密度增大，当密度大于水的
密度时，鱼就潜入水下。

当鱼想浮上水面时就把鳃滤出的一部分气体放入鱼鳔，鱼体积就会增大，当鱼密度小于水密度时，鱼就会浮出水面。

四、弹性力学对跳板的解释
4.1在奥运期间，我国健儿在跳水中取得优异成绩，那么怎样用力学的观点分析跳板的受力，并用弹性力学来验证结果是否正确。

4.2弹性力学也称弹性理论，主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。

4.3 现我们作如下计算：
我们假设跳板满足连续性，均匀性，各向同性且完全弹性，假设跳板受到的重力为受到均匀荷载q，跳板长度为L，如图所示建立坐标系。

矩形悬臂梁发生弯曲变形，任意横截面上的弯矩方程为M（x）=-Fx-q/2，横截面对z轴（中性轴）的惯性距为，根据材料力学公式，弯应力
=12y;该截面上的剪力为 , 剪应力并取挤压应力。

然后我们对所求的方程从平衡微分方程，相容方程，边界条件方面分别验证。

由平衡微分方程得
所以能满足平衡微分方程。

将方程带入相容方程
所以能满足相容方程。

在y=的主要边界上：
所以能满足。

在边界x=0上，
满足应力边界条件。

在边界x=l，应用圣维南原理用三个积分方程代替：
满足应力边界条件。

五、小结
我们身边发生的事情，只要我们留意，很多都可以用力学的观点去解释和总结规律在生活和工程中很多事人们都依据经验，而这些经验，有的接近事实，有的却与事实相反只有力学才能给予严格的正确的证明，并且把生活中的小事与力学原理联系起来会让我们对力学理解的更加深刻，力学是一门强调理论和实践相结合的学科，实践是理论的基础，理论要接受实践的检验，我们在生活中感受力学，就是无形中对力学原理的一种检验，这无疑是对自我的极大提高。

参考文献：
[1]龙驭球，包世华，等。

结构力学[M ]。

：高等教育，1988
[2]超级工程，纪录片。

2012
[3]古福明, 石玉琴, 齐茹跳板跳水起跳阶段人板系统的动力学分析[J ] 体
育学院学报。

2002
[4]俊，无处不在的力学[M]。

光明日报，2015。