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欢迎大家回到我们《力学与现代生活-

开启科学人生》的课堂！

今天我们给大家讲解第一章的第四节：

也就是“力学在现代生活中的作用”

也是我们的最后一点。

在这节课里，

我们将针对“现在生活”--

也就是“日常生活、社会与经济运行

和工程技术活动”中一系列问题，

通过相关的图片与视频，

给大家展示一下：

力学在现代生活中

扮演着什么样的角色？！

或者说 起到什么样的作用？！

下面我们一起来看看

相关的图片和视频。

“力学”在我们现代生活中的作用，

我们通过一些问题 来让大家体验一下--

我们的力学 都能够解决这些问题！

学完我们这门课，

大部分我们能从 学到的知识呢

能够解释这些问题、

得到一些答案。

比如说 我们为什么

高尔夫球 要有窝纹 而不是光滑的？

还有 台风和龙卷风来了

为什么分别要“关闭”和“打开”门窗？

还有 飞机是怎么飞起来的？

飞机起飞以后 为什么要收起“起落架”？

还有 超音速飞行

与普通航空飞行的力学原理

有什么关键区别？

还有 为什么 要穿宇航服？

在失重状态下 如何完成一顿早餐？

(包括中餐、午餐啦)

还有 我们人造的

最快的十大飞行器都有哪些？

空天技术 未来 何去何从？

“香蕉球”是怎么回事？

“游泳池”哪里最不安全？

“微风”为什么能够吹跨大桥？

如何 用力学 来炒股？

地震是怎么来的？

高层建筑 如何防震和防风灾？

晕船和晕车 是怎么回事？

还有 我们设计河堤、水库大坝,

它的设计是有区别的,

不知道大家知道不知道？！

为什么 在一些 文学/诗歌里面,

经常有“夜半钟声”这样的说法？！

我们人类的健康、动植物 是如何

巧用力学知识的？

我们的饮料 是不是大家吸出来的？

高压锅的设计依据是什么？

还有 水 是怎样往高处流的？

还有啤酒 为何 会冒泡？

还有 大家是不是听说过“曹冲称象、

马德保半球、阿基米德断案、

被中香炉、怀丙捞铁、

文彦博取球、

基色猎熊、

剡溪捕鱼...”这样的一些典故？！

那么 这里面都有些什么力学知识？

当然 这里面呢 我们不一定 都一一地

给大家做解答，

有些呢 我们是在学完相关的力学知识以后，

自己可以得到一些答案；

有些我们 针对性地、详细地给些答案。

有些呢 我们是以课下的(专题)作业(讨论)形式，

大家自己去找一些答案。

那么具体呢 力学的知识呢 非常多，

相关的问题也很多...

我们来看看 第一个 就是

为什么台风来了 要关闭门窗？

龙卷风来了 反而要打开窗户？

我们看看这个图片。

这是 需要用到“流体力学”的知识，

这个就是“力学与防灾”之间 有很大关系！

像：这么一个视频里面，

报道了 这个2004年 12月26号，

印度尼西亚的海啸

造成了29.2万人的死亡！！

那么这个 里面

看看这个 海啸是怎么形成的？

牵涉到“流体力学、波动力学”

那么 我们看看这个图片 是印尼海啸 前

和海啸后 对比的照片，

破坏损失非常大！

那么 为什么会产生这么大的灾难？！

我们看看这个图片呢 有些专门的分析

和文章报道。

我们看 风 引起的波浪的波长

可以达到100到200米，

海啸 引起的风浪 这个波长 非常长的。

那么 海啸波浪的速度呢 跟它这个引起海啸的震源-

地震 它的深度有关系--

如果说 6公里深的震动，

可能会产生 这个每小时800公里的

海浪的传播速度。

如果越深的话 速度越快！

这个速度 大概 大家知道

可能跟我们波音747的速度相当的了--

一天 可以从太平洋的一边 传到另外一边！

所以 当时海啸发生以后，

美国那边呢 就很紧张了！

波长呢 甚至达到1公里以上！

那么 飞机是如何飞起来的？

飞机起飞后 为什么必须收起“起落架”？

这个问题呢 也是跟我们后面要讲的“流体力学”、

“流体动力学”有关系！

这属于我们“力学与航空、交通、安全”

有关系的。

那么这个视频呢 将会给大家展示这个

飞机 做为一个薄壁结构，

它在长时间的飞行 里面，

很容易造成 这个气流的激励，

造成疲劳、引起断裂！

这里面飞机的结构设计上，

要进行这个 应力分析--

哪里应力集中、

哪里这个 强度设计

要加强？刚度设计...

这些 都需要 考虑的！

这属于“流体力学”和“结构动力学”

以及“流体-固体 耦合”这方面的研究。

大家看看 这个视频--

飞机 着陆的时候 失稳 造成了事故，

这是

还有我们 2015年2月4号

上午10点56分的

台湾复兴航空公司，

那么有一个 客机 因为这个着陆期间

失控 造成的事故！

那么 这里面也牵扯到 飞机的操纵、稳定性、

动态稳定性的问题，

还有 这个起落架的收放问题。

我们看到这个事故--

图片非常的惨烈！

因此呢 在这个飞机的飞行呢 研制过程中

也需要进行很多研究，

包括它的冲击防护、起落架冲击实验，

还有人体 这个在 飞机着陆 甚至翻滚期间

会造成一些 损伤的实验。

这些视频呢 可以给大家做一些演示，

大家可以观看一下。

这个是 飞机起落架的冲击实验，

虽然这个起落架 占飞机整体非常小，

但是我们看它的结构设计--

在这个抗冲击上、

设计上 要求非常严格！

那么 它的材料、它的结构--

它既要能够灵活自如地收放，

又要承受那么大的机体重量、

着陆期间 一瞬间的巨大冲击！

在这个 高铁、动车 这一块

它的外形设计的‘流线型’，

也是“流体力学”的知识

还有 它整个这个 动车跑起来以后 像飞机一样，

也是一种薄壁结构，

在它的疲劳设计方面，

也牵涉到这个“流体结构动力学”的知识，

其中 这有个视频呢 是关于

动车车轮的疲劳分析的视频，

我们 后面呢 还会接着给大家详细播放。

那么 这个动车 在这个视频里面，

我们看到 这个动车的事故 非常的

让人痛心 啊！

那么 如果大家看完以后，

可能会 以后坐动车都有点担心了！

这个视频呢 会分析 它为什么会产生这个一个

车轮的疲劳？

轮辐、材料 出现了裂痕之后，

造成了整个 动车的事故了--

几节动车撞到一起了！

首先从一个轮子开始...

把上面的桥给撞塌了--

全部 损毁！

再一个

我们的"力学与航海"也有关系,

我们的船舶设计、

船舶航行的稳定性、

甚至噪音 这些 振动... 都有

海浪的这个 冲击、防护，

这里面都有一些设计。

我们看到这个视频呢 是《泰坦尼克号》的

部分的影片...

那么底下这个视频呢 后面有一些关于它的

力学分析、模型分析(数值仿真) 之类的。

下面一个 就是关于

一阵“微风”为什么能把

号称当时是世界非常坚固的一个索拉桥--

塔科马(Tacoma)大桥 能把它吹垮?!

1940年 11月的7号 11点

这所大桥呢 被吹垮了！

这个“微风”呢 实际上就是8级大风啦

虽然是“微风” 相对于这个桥来说

算是“微风”了，

我们从这个《风力等级表》来看 这个8级大风呢

它不算强烈的。

这是它的一个视频 我们看看

当时呢 刚好美国这个好莱坞的影片摄制组

刚好在现场拍外景，

把这个桥的这个垮塌过程呢 拍摄下来了，

为这个坍塌的这个原因分析呢 提供了第一手资料。

我们看这个桥面--

像面条一样的 从扭曲到坍塌...

非常地壮观!

振幅达到9米以上!

看看上面的桥面上 还有些汽车 车辆、行人...

那么这个 大桥垮塌以后，

当时找了很多各方面的专家来分析

什么原因？！

一直没找到 真正的原因!

后来这个 由这个 冯.卡门--

当时是“流体力学”的

他属于第二代掌门人吧，

从这个流体力学的这个“卡门涡街”--

卡门提出的“涡街”理论，

来分析 产生的这个共振--

卡门涡街脱落的频率 跟这个大桥 本身的

固有频率 接近，

发生‘共振’ 造成的 ，

而且还有一些 相关的实验。

这牵涉到“流体力学”和“结构动力学”的问题。

关于这个 “力学” 在交通方面 应用非常广泛--

像这个 目前 从人类历史上的桥梁设计

到我们现在的桥梁设计，

都广泛应用了力学知识。

这里面 除了“结构静力学”以外，

还有“结构动力学”

那么 像我们这座大桥--

这是这个 旧金山的“金门桥”，

在美国旧金山的金门海峡上，

桥梁工程师 施特劳斯，

由他设计的 1937年5月通车，

到今年 有80年了！

属于世界著名桥梁之一。

这个总长度 将近2000米--

也就是2公里啦，

宽度 是27.4米，

跨距 是1280米，

建了4年，

耗钢材 10万多吨，

耗资 3550万(美元)。

因为它具有历史价值，所以 2007年

英美合拍一个片子 就叫《金门桥》--

同名纪录片，

(可以网上搜索看一看)

其中这个桥呢 就采用了很多减振、

防风灾的措施。

我们看到这座桥--

这座桥 就是我们的身边的 这个‘澳门桥’

澳门桥 它跟金门桥

还有 其他索拉桥 不一样--

我们看 它是一个全结构的、坚固的固体，

“没有索拉”的这种桥，

跨距非常大！

1974年建成的，

至今也有42的历史了！

那么 全长呢 是3公里，

把这个澳门本岛 和那个离岛 连起来了。

去过澳门的同志们

可能 可以经过这个澳门桥呢

到达另岸的离岛上。

那么 我们国家在这块儿，

还建了很多很多索拉桥，

不断地...像这个长江二桥的视频，

展示给大家看。

整个来说 桥梁呢

建设 涉及了很多力学理论--

包括“理论力学”、“结构力学”、

“材料力学”、“结构动力学”、

“弹性理论”、“土力学”、“水力学”...

其中 紧密相关的两大分支

与桥梁设计密切关联，

就是我们的“结构静(口误)力学”

和“桥梁结构动力学”！

关于桥梁设计

还有 这个力学知识 在交通上的应用呢

还有一些比较有名的故事--

就是我们曾经听说过

这个 拿破仑带队、率队、 整步走

通过大桥 能把桥共振呢

造成了桥梁的坍塌！

那么这个图片呢 是我们重庆市的一个彩虹桥

发生了坍塌，

当时损失挺大的，

死了40个人、14人受伤，

直接损失 631万。

那么这里面 当时有报道也分析了

大概也是因为这个 共振的问题--

有些训练者 在上面 造成了共振。

那么 这里边 桥梁的分析呢 也包括了

“法律以外”的问题，

所以 大家还是蛮重视的！