五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】趣味力学 -- 不爱吱声

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  • 家园 【原创】趣味力学

    “这个世界最令人不解的事情是,它是可以理解的。” -- 爱因斯坦

    我们生活着的世界真是丰富多彩,景象万千。

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    你可曾留意过那蓝色的天空飘荡着白色的云,那巍峨的大山蜿蜒曲折?你可曾赞叹过造物主的力量与灵巧,竟可将这大地折叠得千姿百态。在你赞叹大自然的鬼斧神工之余,你想不想知道这折叠的山脉后边蕴含着什么力学秘密呢?

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    你曾为你眼角出现的鱼尾纹担心过么?

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    你曾为放在外面时间长后苹果皮干瘪起皱忧虑过么?

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    你曾为你手上的指纹好奇过么?你想知道力学家们可以用什么样的数学公式来解释他们么?

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    你对飞机机翼的设计了解很多么?你知道飞机机翼在怎样的情况下会发生如上图所示的蒙皮起皱现象么?你想知道力学家们是怎样解决这些让人头疼的工程问题的么?

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    当我们把所有这些现象放在一起,聪明的你发现他们有哪些共同特点了么?

    我想你一定发现了,原来不管是山脉也好,鱼尾纹也好,飞机翅膀也好,他们都在表面产生了皱褶.不同的是这些皱褶之间有些间隔的长了点,有些间隔的短了点.不妨跟我来大概估算一下,山脉的不同皱褶之间间隔可以达到公里的量极;飞机的机翼皱褶间隔大概是分米的量级;而让女儿发愁的鱼尾纹也好,干瘪的苹果皮也好,大家的指纹也好,他们的皱褶间隔大概只有毫米的量级了.

    那好,你再想想还有其他的共同点么?我提醒你,别光看现象,也看看他们的材料组成有什么共同点.

    你发现了么?原来他们都不是一种材料构成的,是分层的机构.在表面有一层薄薄的表皮,而表皮下面那层比较厚的却是不同材料构成的.不信?那让我们一起来看,山脉大地是不是有相对薄的地壳(Earth crust)包着很厚很厚的地幔(Earth mantle)?我们的皮肤是不是在很薄的表皮下面是厚厚的真皮与皮下组织呢?苹果是不是苹果皮包着苹果肉呢?飞机机翼大家了解的话,实际上也是复合结构,外面一层蒙皮,下面是一层多孔结构.这些是结构的几何特点,大家应该不难理解,肯定是一看就知.

    但是一位力学家除了考虑结构的几何,还要考虑材料特性.而所有上面这些你说结构也好,复合材料也好,他们还有共同的材料特性就是表皮硬,底层软.当你了解了这些,我可以告诉你,我下面要谈论的是一大类力学问题,我们给它起个名词叫"wrinkling"(起皱现象)或者叫"surface wrinkling"(表面起皱).这类问题的应用很广泛,你可以在很多地方都找到它的身影,而相关的最基本的力学原理却并不复杂,大家有兴趣知道么?

    视得花情况,明天接着说...

    关键词(Tags): #趣味力学元宝推荐:1001n,海天,爱莲,橡树村,
    • 家园 俺开过一个比较损的玩笑

      早年单位里午餐时女士们抢着买肉皮冻,说是美容。俺给她们发挥了一下,说吃皮冻美容有讲究的,并不是哪儿的皮做的冻吃了都美容。关键在于——要吃猪脸上的皮。

    • 家园 【预告】

      一直忙于一些杂事儿,在西西河也光顾着灌水了,把科普这个伟大的以及能够极大的满足自己虚荣心工作耽搁了.劳动节过后应该恢复劳动了.所以准备从下星期开始,恢复《趣味力学》的写作,争取能够每个月至少贴出一篇。先做个小预告,拟定的题目分别是

      2。皱褶上的皱褶

      (继续讲皮肤上的皱褶)

      目的:介绍材料非线(弹)性,各项异性等性质对皱褶形态的影响.讨论数学模型的简化及其适用性.

      3,生活中的皱褶

      (利用身边的东西进行"皱褶"实验)

      目的:介绍皱褶成因机制.用通俗语言,有趣的例子说明几个力学基本概念.应力,应变,压缩,弯曲等等...让大家学会用力学的眼光观察生活.

      4,自然界的皱褶

      (山脉)

      目的:介绍更复杂的材料(岩土)力学行为,探讨数学模型的局限性.

      5。工程中的皱褶

      (分层复合材料或结构发生的"皱褶"问题的研究)

      目的:利用力学基本知识了解皱褶的危害及其如何进行防护

      6,发明新的皱褶

      (新型的微米,纳米机械系统,测量新手段)

      目的:如何利用皱褶的特性发展新技术。

      7.小结.

      找好的图片确实挺花时间,有些还得自己制作。所以出文慢一些。谢谢大家关注。

      • 家园 要看那些加大接触面,让化学反应更完全得东东。
      • 家园 花催下文~
      • 家园 俺最关心的是

        1. 皱褶能不能延迟出现? -----很重要

        2. 怎样用简单办法消除皱褶?-----很重要

        很不好意思, 偶真的关心上面两点.

        • 家园 俺觉得

          这种事情就不用操心了。。。

        • 家园 第一题答案是可以

          第二题答案是不知道。

          如何消除恐怕不是力学能解决的问题。

          力学能告诉我们解决问题的方向,比如说肉厚点就不容易产生皱褶,那是不是最简单的办法就是多吃点,多长点肉呢?

          如果不想脸太胖,降低表皮的刚度也可以抑制皱褶的出现,那就可以想法通过药物(化妆品)软化表皮,至于什么样的药物(化妆品)才管用,那就不是靠力学能够解决的了。

          • 家园 说了半天

            力学专家的正解跟外面流行的方法还是颇为一致的.

            • 家园 不一样不就出问题了么

              如果理论预测与实际情况不一致,那这个理论问题可就大了.这不正好证明了那一句,实践是检验整理的唯一标准。

              不过,理论的强大不在于解释了"已知"的现象,而在于用它可以对"未知"进行预测.慢慢来吧.

      • 家园 送花

        强烈期待

    • 家园 真有趣
    • 家园 大学那会就头疼三大力学

      曰理论,曰结构,曰材料.这个估计是跟材料力学有关的.

    • 家园 不懂科学

      但对科学一向心向往之,所以有科普文章一定要看,即使看不懂也觉得是一大享受,当然享受完了要送花啦

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