浅析高中物理在汽车设计中的运用

王一非

徐水区第一中学

浅析高中物理在汽车设计中的运用

王一非

徐水区第一中学

社会的飞跃发展让汽车设计受到各界关注，汽车的设计是围绕着高中物理的理论和公式进行的，万有引力定律、动能定理、机械能守恒定理、人体工程学、空气动力学等都有着密切的联系，本文就高中物理在汽车设计中的运用进行浅要的分析探究。

高中物理；汽车设计；运用

汽车的设计属于工业设计的一种，在现代社会较为常见，汽车设计与高中物理息息相关，空气动力学是根据汽车在行驶过程中，对所受空气阻力的计算，践行车身的设计；人体工程学是根据人在驾驶或乘坐汽车的时候，座椅和车内空间构造对人的舒适程度进行设计；机械能守恒定律是在汽车受到外力冲击的时候，能够进行动能或势能的转化使其平稳行驶；那动能和万有引力定律则是通过重力和汽车运动能量展开探究设计。因此，汽车的设计与高中物理息息相关。

1.高中物理知识对汽车设计的影响

高中物理不仅对我们的生活奠定了理论基础，并且为城市建设和汽车设计产生了积极影响。汽车行驶时会产生动能，与外界的能量相互制约、相互影响，力学的理论在汽车运动中充分体现，因此在汽车设计中需要结合高中物理理论和公式进行分析实践。汽车的重量和重心的高度是影响汽车在空气中阻力大小的关键，通过降低重心达到减少空气摩擦力的方法，对汽车的运动平衡非常重要。再者力学方面是高中物理的一个大的知识板块，无论是刹车时的阻力因素，还是车轮与地面的摩擦力因素，都是围绕高中力学的基本理论进行设计，增加汽车设计研发的合理性。在汽车爬坡时，需要降低速度，增加牵引力，P=Fv，根据参照物进行相对力的计算，增大爬坡力和抓地力。这都将成为高中物理知识影响汽车设计的基础要素，对汽车设计起到了不可替代的物理作用。

2.高中物理知识对汽车设计发展的作用

高中物理知识中力学占到了很大一部分，因此，高中物理的定律与汽车设计有较大的关联性。汽车的设计发展和进步离不开基础的物理要素，物理要素是不会变化的，要围绕物理要素进行设计才是合理有效的，在基础不变的情况下，通过对物理学的研究，从而提高汽车的性能，在和力的作用下能够设计更加创新性的环节，提高汽车的性能，并且利用高中物理，如黄金分割点、环保能源等方面，提高对汽车美观性的设计和对汽车环保高性能的设计，对汽车设计的发展和创新进步产生积极作用。

3.高中物理知识在汽车设计中的应用

（1）空气动力学与汽车设计

空气动力学是围绕空气阻力和物体运动的力进行研究，汽车在运动的过程中会受到空气阻力的影响，需要降低汽车的重心，减少空气对汽车的阻碍，形成力的相互作用的物理变化，因此在设计汽车外形和底盘的时候，要注重对空气动力学的分析和设计。气流在行车过程中是一个重要的反作用力，气流的流动对汽车运动过程占到主要影响，利用空气动力学对汽车设计进行实践和分析，是重要的提取因素，保证汽车运行前进的稳定性。

（2）人体工程学与汽车设计

人体工程学是围绕人的特性进行合理化设计的重要理论，是以人为本的人性化设计理念，从而进行对人的运动、活动过程中的效果测定或效能的规律性。人体工程学包括了关于人体承受的心理、生理等要素，在汽车设计中，主要起到了对驾驶员和乘坐者的舒适安全设计。汽车驾驶员在正常驾驶的过程中，座椅的位置和角度设计都会造成一定程度的驾驶影响，这不仅关乎舒适程度，对于行车安全也是较大的意义。

（3）机械能守恒定律与汽车设计

机械守恒定律是汽车运动的另一个重要因素，机械能是指的动能和势能，在机械能总量没有发生变化的前提下，将动能转化为势能，形成汽车运动的推动力量。汽车本身的动能和势能只有相互转化才能保证汽车行驶平稳，总的动量保持稳定不变，而是在不受外力影响的前提下，汽车自身的能量发生转变，来转化为汽车行驶的动力，从而成为循环动力，在汽车设计中，注重对动能和势能的设计测试，保障力的守恒，这就是机械能守恒定律在汽车设计中的意义。

（4）动能定律与汽车设计

动能是机械能的一种，也是汽车运动产生的最主要能量，动能是通过物体运动而转化为一种动力能量，其公式为Ek=mv2/2，是在汽车设计中重要的依据，可以通过动能来检测汽车重量和形状的合理要素。其中m是汽车的质量，v是汽车的行驶速度，Ek则代表汽车在运行过程中产生的动能。因此，在汽车设计和运行测试的过程中，对汽车动能转化的计算和测试是保障汽车在售后运行时，保障安全的一大重要因素。

（5）万有引力定律与汽车设计

汽车和地面或物体之间相互吸引、相互排斥，这种隐性奇特的力量被称为万有引力，也泛指地球上所有的物体都具有万有引力。汽车在行驶过程中，和其他汽车会形成万有引力，汽车之间的距离和汽车的大小将会决定万有引力的高低。不仅汽车之间存在万有引力，所有的汽车都会受到地心引力的影响，也是万有引力的主要因素，在汽车设计过程中，要把这些万有引力的影响和要素都考虑进去，将会大大减少车祸的发生。

汽车在产生万有引力的时候，其公式是F=G（m1m2）/r2。其中，F代表的是汽车与其他物体产生的引力，G代表万有引力常量，m1表示汽车的质量，m2表示另外的物体质量，r代表两个物体之间的距离。万有引力定律应用在汽车设计中是基础，也是保障汽车在行驶过程中，避免与物体或其他车辆发生碰撞的重要研究因素。

结语

汽车的设计无论从外形、功能、内饰、机械等方面都和高中物理知识息息相关，只有符合自然规律的设计才是人们生活中的必需品。汽车设计成为人们关注的焦点，高中物理知识是汽车设计基础的理论依据，理论结合实际变量的变化和进步，都是物理守恒定律、能量定律的指引下，通过不断的计算和测试，让汽车在不断的设计和实验中使汽车设计不断进步，为我国的汽车设计做出巨大贡献。

[1]余志生.汽车理论[J].北京：机械工业出版社,2014年（05）

[2]陈晓辉.浅析科学概念在汽车设计中的应用[J].湖南永州职院理工电子学院,2015年（02）