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編輯推薦: |
本书以大自然或生活中的一些有趣的现象为例,向广大青少年朋友介绍力学基础知识。在每章的内容中,我们还深入浅出地介绍了一些与力学相关的概念。
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內容簡介: |
力学是物理学的一门分支学科,它研究的内容是广泛存在于自然界和生活中的各种形式的运动。运动需要有力提供动力之源,但是人们只能看到运动本身,而无法看到力的存在。从这一点来说,力就像一只无形之手,它左忐着运动,但又不肯现出真身。正是由于这个原因,许多青少年朋友认为力学知识非常抽象,不易学习。
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目錄:
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自然界里的无形之手
伯努利原理提揭示的秘密
不再神秘的“虹吸泉”
静脉输液与大气压强
物体形状与受力性能
波澜壮阔的潮汐现象
重力和万有引力的关系
重量和地球的引力
视在重量与真实重量
神秘的失量现象
比萨斜塔斜而不倒
无处不在的摩擦力
淹不死人的死海
高层建筑引起的穿街风
奇妙而有趣的惯性
形影不离的孪生兄弟
阻力救了飞行员的命
生活中无处不在的力学
压力和压强的奥秘
气功师玩的“压强”把戏
……
创造奇迹的机械与力学
身边的生物力学大家
科学家研究力学的故事
寻找无形之手的小实验
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內容試閱:
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家为了艺术上的需要,创作出令人赏心悦目的美术图案,力学家为了-承受力的需要,设计出耐人寻味的“力学图案”。
符合力学原理的木雕家具有一根梁,横截面为长方形,其高是宽的三倍,把梁的两端支承在两边的墙上,它具有一定的抗弯能力。假如把这根梁平放,即原来的宽成为高,原来的高成为宽,其抗弯能力竟是原来的19,横截面形状的不同,竟这么明显地影响着受力。
我国很早以前对形状与受力已有研究,在1103年宋朝李诫著有《营造法式》一书,书中对山上采伐下来的圆木作为矩形截面的梁,定为高度与宽度之比为3:2,即高度与宽度之比为1.5:1。根据现代材料力学计算,高度与宽度之比为1.41:1,它们之间是如此地接近呀!对于一根梁,不同形状具有不同的抗弯能力。
在微观世界里,原子排列的形状决定着材料的受力性能,原子的排列形状决定着金属的本质。物质原子排列总共有14种,金属原子的排列一般有三种:体心立方结构:立方体各顶点有一个原子,中间还有一个原子。例如铬、钨、钼、常温下的铁;面心立方结构:立方体各顶点有一个原子,立方体的上、下、左、右、前、后八个面上各有一个原子,好像一堆乒乓球投人箱中,尽可能堆满堆紧,例如铜、镍、银、金、铅以及高温下的铁;六角密堆结构:简单的六角晶胞(六角原子)中交替孔隙中放人3个原。如锌、镁、钛。不同的原子排列形状反映出不同的力学性质,对于同一种金属,根据温度、压力等等因素也可以有不同的原子排列,工业上的热处理,有正火、淬火、回火、退火,其目的就是使金属具有不同的原子排列,以达到我们所需的硬度、脆性。
更有趣的是金刚石和石墨,它们都是碳的不同存在形式,石墨很容易滑移,用来作固体润滑剂。把石墨置于5万个大气压和1300义高温中,石墨转化为金刚石。由于这条件的苛刻,在地球的演化过程中,创造出的金刚石相当稀少;也由于这条件的苛刻,为人造金刚石带来了很多困难。直到20世纪50年代才开始采用熔媒法、直接加压法、外延法来制造金刚石。
金刚石是自然界中最硬的物质,可用做表、镶钻头、砂轮修正笔、硬度计的压硬头、车刀、玻璃刀、拉丝模、仪表支承轴,还可以作磨料、抛光粉等。金刚石和石墨,同是碳原子组成,由于原子排列形状的不同,它的性能却相差很悬殊!万丈高楼平地起,基础不深,建不起摩天楼。
我们的地球已经经历了多少亿万年,地球内部无论哪一点,受力都是平衡的。离地球表面10米深的地方,长年累月地承受着10米厚的土压力。离地面不同深度的不同点,承受着不同深度的土压力,越是深的地方承受的土压力越大。
摩天大楼的建造困难,主要是下沉带来的威胁。当挖去的土方重量相等于摩天大楼的重量,则建完的大楼不会使底面的土由于承受大楼重量而下沉。大楼越高越大,必须深挖土方越多,这样才能保证地球内土受力的平衡。所以,基础不深建不起摩天楼。
不过,人们都知道人在水上是站不住的,但站在木浅上则安全无恙。在建筑上有一种筏形基础,就是利用这个原理,在“筏”上造大楼。“筏”由一大片刚性薄的钢筋混凝土结构组成,这样,基础不深照样可以建起摩天大楼。
另外,人们常常把一根根钢筋混凝土粧打入土中,在桩顶建摩天大楼,大楼是依靠桩与土的摩擦力来承受大楼重量的。摩天大楼以美国纽约最多,世界贸易中心大厦总共110层,高度为410米,有84万平方米的办公面积,内设104部电梯,不愧为“城中之城”。可惜在“9‘11”事件中被恐怖分子炸毁了。纽约摩天大楼之高之多,不单是美国建筑技术的先进,而且还因为纽约地下有得天独厚的花岗岩,把摩天大楼建在花岗岩上,那真是万无一失、固若金汤了。
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