范文一:大摆锤动力学分析报告
大摆锤是常见的游乐设施,通过整体结构分析,得到大摆锤的整体及各个 部件的结构应力。然而大摆锤的很多工况是不能简化成静力学的,需有动力学 解之。
模态分析是动力学分析的基础,大摆锤的悬臂按照一定周期摆动,需对大 摆锤的整体结构进行模态分析,这样在产品设计之前可以预先避免可能引发的 共振。
大摆锤的立柱是受压缩的细长杆件,当作用的载荷达到或超过一定限度时 就会屈曲失稳,除了要考虑强度问题外,还要考虑屈曲的稳定性问题。
对大摆锤整体结构强进行动力学评价与分析,分别计算大摆锤转盘在满载 和偏载工况下, 大摆锤悬臂摆动, 对整个结构的影响; 以及悬臂的摆角在 120°、 90°和 45°时立柱的结构应力;大摆锤立柱的屈曲分析;悬臂驱动制动分析; 整体结构的模态分析。为顺利安全的生产运行提供数据支持。
2 主要工作内容
(1)建立整体的动力学分析模型,计算满载和偏载工况下,立柱的受力情况;
(2)计算大摆锤悬臂摆角在 120°、 90°和 45°时立柱的结构应力强度;
(3)悬臂驱动制动分析,以及驱动制动对立柱的影响;
(4)大摆锤整体的模态分析;
(5)大摆锤立柱的屈曲分析。
3 大摆锤的刚体动力学分析
3.1 材料参数
整体结构材料:Q235钢。材料力学参量为:材料密度为 =7.85 t/m3。
3.2 几何模型
使用通用结构分析软件 ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0多物理 场协同 CAE 仿真软件,对大摆锤的整体进行建模,分别建立立柱、悬臂、大转 盘建,并在软件中进行装配,如图 3所示。
(a )大摆锤整体结构 (b )转盘局部结构
(c ) 大摆锤悬臂 (d )大摆锤立柱
图 2 大摆锤整体装配模型
3.3载荷与约束
立柱的底板固定在地方面, 因此在立柱底板与地面之间, 施加固定 (Fixed ) 约束,模拟底板与地面之间的紧固连接。
在重力作用下,悬臂绕转筒中心轴转动,在悬臂的横臂的内表面和立柱固 定筒之间,施加旋转幅(Revolute ) ,模拟悬臂绕横梁转动。
在悬臂摆动的过程中,大转盘同时绕着悬臂的中轴线转动,转动的角速度 为 1.07rad/s。悬臂与大转盘之间,施加旋转幅(Revolute ) ,模拟大转盘绕悬臂
的转动。
悬臂在整个摆动周期内,受到地球重力的作用,做周期性的摆动,施加标 准的重力加速度,方向为Y的负向。
载荷与约束如图 5所示。
(a )整体的载荷与约束 (b ) 转盘施加 1.07rad/s的角速度 图 3 大转盘载荷与约束示意图
3.4 刚体动力学分析结果
使用通用结构分析软件 ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0中的刚 体动力学分析模块 Rigid Dynamics,对大摆锤进行动力学分析。
为了模拟满载和偏载对立柱的影响,分两种工况对大摆锤进行分析。设定 分析时间为 20s 。
工况 1:满载时,大摆锤的动力学响应;
工况 2:偏载时,大摆锤的动力学响应。
为了模拟启动制动对立柱的影响,模拟启动制动分析,启动制动时间为 0.5s ,角速度变化为 0.13r/s。设定完成后,对启动制动进行动力学分析。 3.4.1 工况 1:满载时,大摆锤的动力学响应
在满载工况下, 大摆锤的悬臂和转盘, 在重力作用下, 绕转筒做左右摆动, 整个摆动过程如图 4所示。 箭头表示立柱上部受到悬臂摆动过程中的反作用力。
(a ) 大摆锤运动状态 1 (b )大摆锤运动状态
2
(c )大摆锤运动状态 3 (d )大摆锤运动状态
4
(e )大摆锤运动状态 5 (f )大摆锤运动状态 6 图 4 工况 1大摆锤动力学分析中摆动状态图
悬臂在摆动过程中,立柱受到悬臂的反作用力,三个方向的反作用力及总 的反作用力如图 5(a )所示,悬臂受到总的反作用力最大为 658.55KN ,总的 反作用力最大值与 Y 向反作用力的最大值重合,表明大摆锤运动到底部时,受
到的反作用力主要由 Y 向反作用力提供,大摆锤运动到底部时,受到的载荷最 大。 Z 向的反作用力最大为 0.000386KN ,由于为满载, Z 向始终保持平衡,反 作用力几乎为零。具体数据见附表 1。
(a )立柱反作用力的载荷时间曲线
(b )立柱受到 Z 向反作用力的载荷时间曲线
图 5 工况 1立柱受到悬臂的反作用力曲线图
3.4.2 工况 2:偏载时,大摆锤的动力学响应
在偏载工况下, 大摆锤的悬臂和转盘,在重力作用下,绕转筒做左右摆动, 整个摆动过程如图 6所示。箭头表示立柱上部受到悬臂摆动过程中,反作用力 的大小。
(a ) 大摆锤运动状态 1 (b )大摆锤运动状态
2
(c )大摆锤运动状态 3 (d )大摆锤运动状态
4
(e )大摆锤运动状态 5 (f )大摆锤运动状态 6 图 6 工况 2大摆锤动力学分析中摆动状态图
悬臂在摆动过程中,立柱受到悬臂的反作用力,三个方向的反作用力及总 的反作用力如图 7(a )所示,悬臂受到总的反作用力最大为 574.43KN ,总的 反作用力最大值与 Y 向反作用力的最大值重合,表明大摆锤运动到底部时,受
到的反作用力主要由 Y 向反作用力提供,大摆锤运动到底部时,受到的载荷最 大。 Z 向的反作用力最大为 0.14 KN ,如图 7(b )所示,由于为偏载, Z 向反 作用随着转盘的周期转动,呈现周期性变化。具体数据见附表 2。
(a )立柱反作用力的载荷时间曲线
(b )立柱受到 Z 向反作用力的载荷时间曲线
图 7 工况 2立柱受到悬臂的反作用力曲线图
3.4.3 大摆锤启动制动的动力学响应
悬臂在启动制动过程中,立柱受到悬臂的反作用力,三个方向的反作用力
及总的反作用力如图 8所示,悬臂受到总的反作用力最大为 200.25KN , 其中 Y 向反作用力最大为 193.75KN , X 向反作用力最大为 50.627KN , Z 向反作用 力几乎为零,可以忽略不计,具体数据见附表 3。
图 8 启动制动立柱受到悬臂的反作用力曲线图
3.5 小结
本节中,分别对大摆锤在满载工况和偏载工况下,进行了刚体动力学的分 析,并得到,在悬臂摆动过程中,两种工况下,悬臂对立柱转筒的反作用力。 分析结果表明:
(1)在整个摆动周期内,当悬臂运行到最底部时,立柱受到的载荷最大;
(2)在偏载工况下,由于偏载,对立柱的影响很小,偏载载荷为总反作用 力的:KN
KN 43. 57414. 0=0.2%; (3) 启动制动过程中,悬臂等附属结构对立柱产生反作用力,为进一步有 限元分析的前提输入条件。
4 不同悬臂摆角下立柱的有限元分析
由上一节分析可知,由于转盘的偏载,对立柱的影响很小(大约 0.2%) , 所以只计算满载工况下,悬臂在不同摆角时,立柱的结构应力。
4.1 大摆锤的材料参数
整体结构材料:Q235钢。材料力学参量为:材料密度为 ρ=7.85 t/m3,弹 性模量 E=2×105
MPa ,泊松比 ν=0.3。
4.2 大摆锤载荷特性分析
大摆锤在重力作用下在铅垂平面内作周期运动,就可以简化成为单摆的物 理运动模型。如图 9所示。
假设大摆锤的最大摆角 a =120°, 则高度
2
30sin ) 90sin(r r a r h =?=?-= (1) 其中:h ——大摆锤最高点距转筒中心轴线的高度;
r ——大摆锤悬臂的长度。
在转盘摆动的整个周期中,转盘绕转筒轴做圆周运动,则向心力:
r
v m F 2
向 = (2) 其中:m ——大摆锤摆动部分的简化质量;
v ——大摆锤运动过程中的瞬时速度。
在大摆锤的从最高点,摆动的整个周期过程中,仅受到重力的作用,机械 能守恒:
22
1) cos (mv r h mg =+θ (3)
其中:θ——大摆锤摆动角度;
g ——标准重力加速度, 9.8m/s2;
在转盘整个摆动过程中,摆动部分仅受到重力和向心力作用,在悬臂中心 线方向上,摆动部分受三个力作用:向心力、重力在中心线上的分量、悬臂对 摆动部分的拉力,三力保持平衡:
θcos mg F F -=拉 向 (4)
其中:拉 F ——悬臂对摆动部分的拉力;
悬臂的拉力,分别在水平和竖直方向进行分解:
θsin 拉 F F x =
θcos 拉 y F F = (5)
把以上公式进行联立,求得大摆锤摆动部分的质量对悬臂的拉力为: θθsin ) 2
1
cos 2(+=mg F x θθcos ) 2
1cos 2(+=mg F y (6) 作用在支架固定筒上的载荷,包括转筒、吊臂、座椅、乘客等附加质量, 由于在摆动过程中,受到离心力和动载冲击的作用。考虑这些影响因素,计算 整个结构,悬臂摆动到不同位置时(θ=120°、 90°、 45°) ,所受的载荷。
4.3 几何模型
使用通用结构分析软件 ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0多物理 场协同 CAE 仿真软件, 仅对支架固定筒和立柱,建立了有限元实体模型,不考 虑偏载的工况下, Z 向对称,根据对称性,可仅对结构的二分之一进行建模。 如图 10所示。
(a )立柱支架的二分之一 (b )支架固定筒
(c )立柱与支架固定筒的连接局部 (d )立柱 图 10 支架固定筒和立柱的几何模型
4.4 有限元实体模型
(a )立柱支架的二分之一网格 (b )支架固定筒网格
(c )立柱与支架固定筒的连接局部网格 (d )立柱网格
图 11 支架固定筒和立柱的有限元模型
根据大摆锤的几何模型, 建立了有限元模型。 采用 20节点的 186单元对有 限元实体模型并进行单元网格划分,并使用自由的四面体网格划分方法,获得 的较为理想的有限元网格,为获得较为精确的仿真结果,并在关键部位进行局 部加密。如图 11所示。单元总数为 221815个,节点总数为 408502个。 4.5 载荷与约束
根据立柱与固定筒结构的对称性,在结构的对称面上施加对称约束。立柱 底座的上施加全约束,模拟底座与地面的固定连接。
由整体分析报告可知,单只为其四分之一时,考虑冲击系数时的最大拉力 为 **kg,此值为运行到最低部时,考虑四倍加速度情况下的质量,在不同摆角 的工况下,则仅考虑 1.5倍的冲击系数时,二分之一最大拉力为:
m=**=**kg
机架纯总静载荷 **kg,考虑为二分之一结构,机架纯总静载荷 ** kg。 考虑重力的影响,在 Y 的负方向,施加标准的重力加速度 9806.6mm/s2。 载荷与约束如图 12所示。
(a )整体的载荷与约束 (b )固定筒的载荷与约束
图 12 立柱与固定筒载荷与约束示意图
4.6 有限元应力分析结果
根据悬臂摆角的大小,分别对 θ=120°、 90°、 45°等工况进行分析。 4.6.1 θ=120°支架有限元分析
悬臂的摆角 θ=120°时,把 m=**kg代入公式(6) :
θθsin ) 21
cos 2(+=mg F x =***N
θθcos ) 2
1
cos 2(+=mg F y =***N
在悬臂及转盘等冲击载荷,以及机架等附属静载荷作用下,支架固定筒和 立柱的整体应力(第三强度理论计算值)云图如图 13(a )所示。最大应力为 31.6MPa ,出现在立柱与底板的连接部位,如图 13(b )所示。
(a ) 立柱整体的应力云图 (b ) 立柱的局部最大应力
图 13 θ=120°立柱与固定筒的分析结果
4.6.2 θ=90°支架有限元分析
与上一节类似,省略。 。 。 。 。 。 。
4.6.3 θ=45°支架有限元分析
与上一节类似,省略。 。 。 。 。 。 。
4.7 小结
表 1所示为大摆锤立柱各工况下的应力值及相应的安全系数。
表 1 结果汇总表
5 大摆锤启动制动有限元分析
材料属性、有限元模型、单元网格划分与上一节相同,不再累述,参照上 一节内容。
5.1 载荷与约束
根据立柱与固定筒结构的对称性,在结构的对称面上施加对称约束。立柱 底座的上施加全约束,模拟底座与地面的固定连接。
由第三节动力学分析结果可知, Y 向反作用力最大为 **KN, X 向反作用力 最大为 **KN,考虑 1.5倍的冲击载荷,施加在立柱固定筒的相应位置。 考虑重力的影响,在 Y 的负方向,施加标准的重力加速度 9806.6mm/s2。 载荷与约束如图 16所示。
(a )整体的载荷与约束 (b )固定筒的载荷与约束 图 16 启动制动工况下立柱载荷与约束示意图
5.2 有限元应力分析结果
在悬臂启动制动的工况时,悬臂及转盘等冲击载荷,以及机架等附属静载 荷作用下,支架固定筒和立柱的整体应力(第三强度理论计算值)云图如图 17
(a )所示。最大应力为 50.093MPa ,出现在立柱与底板的连接部位,如图 17
(b )所示。
(a ) 立柱整体的应力云图 (b ) 立柱的局部最大应力 图 17 启动制动工况下立柱的分析结果
5.3 小结
在大摆锤启动制动的工况下,立柱的最大应力为 50.093MPa ,对应的安全 系数为 7.5,大于规定的 3.5 的安全系数,表明,启制动工况下,大摆锤立柱满 足设计要求。
6 大摆锤模态分析
6.1 几何模型及单元划分
使用通用结构分析软件 ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0多物理 场协同 CAE 仿真软件,建立了有限元实体模型,如图 18所示。
根据大摆锤的几何模型, 建立了有限元模型。 采用 20节点的 186单元对有 限元实体模型并进行单元网格划分,并使用自由网格划分方法,获得了四面体 为主的较为理想的有限元网格。如图 19所示。单元总数为 166567个,节点总 数为 322915个。
(a )大摆锤整体几何模型 (b )立柱与悬臂连接局部
(c )大转盘 (d )大摆锤整体侧面模型 图 18 大摆锤的几何模型
(a )大摆锤整体几何模型网格 (b )立柱与悬臂连接局部网格
(c )大转盘网格 (d )大摆锤整体侧面模型网格 图 19 大摆锤的有限元模型
6.2材料参数、载荷及约束
整体结构材料:Q235钢。材料力学参量为:材料密度为 =7.85 t/m3。 大摆锤立柱的底部施加全约束,载荷与约束如图 20所示。
图 20 载荷与约束示意图
6.3打摆锤的模态分析结果
使用通用结构分析软件 ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0中的模 态分析模块 Modal ,对大摆锤进行模态分析。
计算得到的前 6阶固有频率结果。如图 21所示。
图 21 大摆锤的前 6阶固有频率
并提取前 6阶的振型,如图 22所示。
(a )大摆锤第 1阶变形图 (b )大摆锤第 2阶变形图 (c )大摆锤第 3阶变形图
(d )大摆锤第 4阶变形图 (e )大摆锤第 5阶变形图 (f )大摆锤第 6阶变形图 图 22 大摆锤的前 6阶变形图
6.4 小结
由以上分析可知,大摆锤的自振频率为 0.80099Hz 。由厂家提供数据可知, 大摆锤每分钟摆动 13.66次,则对应的摆动频率为 0.23 Hz。计算结果表明:大摆锤的摆动频率,小于大摆锤的自振频率,不会引起共振效应。
7大摆锤立柱的屈曲分析
7.1 立柱屈曲分析概述
当载荷达到某一临界值时,结构构形将突然跳到另一个随遇的平衡状态, 称之为屈曲。在进行屈曲分析时,至少要施加一个能够引起结构屈曲的载荷, 而且,所有的结构载荷都要乘上载荷系数,即可得到屈曲的临界载荷。
屈曲分析一般是耦合分析,先进行静力结构分析,然后耦合屈曲分析。结 构模型和有限元网格模型,采用结构分析报告中的模型。
由结构分析可知,单只为其四分之一时,考虑冲击系数时的最大拉力为 **kg。四分之一支架固定筒受到吊臂等的载荷为 F 1:
F 1=***×9.8=**N
静力结构分析采用结构分析计算结果,在静力结构分析的基础上,耦合屈 曲分析。
7.2打摆锤立柱的屈曲分析结果
使用通用结构分析软件 ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0中的屈 曲分析模块 Linear Buckling,对大摆锤进行屈曲分析。
计算得到的屈曲模态振型, 可知立柱的屈曲载荷因子为 38.073。 如图 23所 示。
图 23 大摆锤立柱屈曲模态振型
7.3 小结
由以上分析可知,屈曲载荷因子为 38.073,大摆锤单只立柱的临界力: **×38.073=***N
8结论
本部分报告对大摆锤整体结构强进行动力学评价与分析,分别计算大摆锤 转盘在满载和偏载工况下,大摆锤悬臂摆动,对整个结构的影响;以及悬臂的 摆角在 120°、 90°和 45°时立柱的结构应力;大摆锤立柱的屈曲分析;悬臂 驱动制动分析;整体结构的模态分析。计算结果表明:
(1) 大摆锤满载和偏载工况下的动力学分析,当悬臂运行到最底部时,立 柱受到的载荷最大;偏载,对立柱的影响很小,偏载载荷为总反作用力的 0.2%;
(2)悬臂的摆角为 120°、 90°和 45°时,立柱达到规定的安全系数,满 足结构设计的要求;
(3)悬臂启制动工况下,安全系数为 7.5,大摆锤立柱满足设计要求;
(4)大摆锤的摆动频率,小于大摆锤的自振频率,不会引起共振效应;
(5)立柱的屈曲载荷因子为 38.073,远大于 1,满足稳定性的要求。
范文二:水平直驱式矿岩棉摆锤式布棉机的原理和力学分析
+文献标识码:A 中图分类号:TQ171.776
水平直驱式矿岩棉摆锤式布棉机的原理和力学分析
陈宗来,刘志恒,王海坡,周建敏
(上海新型建材矿棉厂,上海 201703)
摘 要:本文对矿岩棉生产专用摆锤式布棉机的工作原理、驱动方式、圆弧补偿方法等内容进行简要介绍,着重对水平直 驱式布棉机的驱动原理、驱动优势进行介绍和详细的动力学分析。
关键词:摆锤式布棉机;工作原理;水平直驱式驱动;动力学分析
Working Principle and Dynamic Analysis of Horizontally Driven Pendulum for
Distributing Slag/Rock Wool Fibers
CHEN Zonglai,LIU Zhiheng,WANG Haipo,ZHOU Jianmin
(Shanghai Advanced Building Materials Mineral Wool Factory,Shanghai 201703) Abstract:An introduction to the working principle, driving system and arc compensation of pendulum units for distributing slag/rock wool fibers is given here,with stresses on the function and advantage of a horizontal and direct driving system and its dynamic analysis.
Key words:pendulum type distributor;working principle;horizontal and direct drive;dynamic analysis
厂设备的启发,由欧洲的岩棉厂在上世纪80年代1 摆锤式布棉机简介
开摆锤式布棉机,是矿岩棉生产线中的关键设备。 发成功的,它显著提高棉板均匀度和机械性能。 摆其原理是将从集棉机收集的未成型棉毡,重新堆叠 锤式布棉机是由2个垂直于地面可左右摆动的 与排列,避免集棉机集棉不匀所造成最终产品的密 皮带垂直输送机,水平的堆叠输送机以及摆锤、升 度不均匀,并使棉结构上层次清晰,为成型段进行 降设备等构成,具体见示意图1。集棉机收集的棉毡, 打褶等加工创造有利条件。摆锤式布棉机是受纺织 通过若干输送机,送达摆锤;进入垂直输送机,在
输送过程中,被两条垂直输送机夹持,在垂直输送
机出口处,棉毡被铺在堆叠输送机上。垂直输送机 收稿日期:2009-2-20
的运行速度与集棉机等的速度相同,而堆叠输送机 修改日期:2009-8-14 则与成型、固化、切割等后段设备同步。由于垂直 作者简介:陈宗来,男,1967年出生,上海新型建材矿棉厂,工 输送机和堆叠输送机的速度不同步,产品中棉毡层 程师。主要从事机械设计方面的研究。
《 玻 璃 纤 维 》 2 0 0 9 年 第 5 期 2 6
技 术 开 发 陈宗来等水平直驱式矿岩棉摆锤式布棉机的原理和力学分析 ,: 的堆叠的层数不同,一般为3层到10多r=900 层。集棉机到摆锤输送机 w 垂直皮带输送机 8 4旋转90度 1 摆锤 3 R=2 500 o集棉机 摆角θ=24o6 摆角θ=24
25 7
水平堆叠输送机
图1 摆锤式布棉机示意图 S=2 000
1.上滚筒 2.下滚筒 3.竖杆 4.上横梁 5.下横梁 6.橡胶皮带 7.小车 8.悬锤 2 摆锤式布棉机驱动方式
图2 摆锤式布棉机的摆锤力学分析图 摆锤式布棉机的摆动动力,理论上可以从摆锤
旋转轴(即摆锤最上端)提供转动扭矩,提供摆动 2.2.2 运动学关系式动力。但如需在此处提供摆动动力,摆锤垂直输送 根据运动学关系式 机机架的上部需传递的力很大,为防止机架变形,
需加大机架尺寸,从而使整个设备重量增加,旋转
惯量也会很大,因此技术难度很大,所以目前没有
设计一个理想的摆动,规律如下:摆动频率为30 这样驱动的实例。 Hz,目前常用的驱动方式是采用水平直驱式驱动。 则摆动周期T为2 s。下滚筒从左极限位置移到右主要由垂直输送机的侧面用推杆往复运行来提供摆
极 限位置的总时间t,T/2,1 s,假定在摆动周期动动力,这样可以减少机架的承力。推杆的动力可
中, 在两端各10%S行程部分为匀加速和匀减速以由曲柄、链轮链条等机械装置提供,也有少数用
油压或气动力提供的实例。 段,在中 间80%S的行程上为匀速段。下面三幅小 、、曲线。
图分别为其 2.1 水平直驱式驱动的原理
V 水平直驱式驱动是用直线电机为动力,在摆底
位置装有导轨和滑轮,由直线电机直接拖动摆锤往 A B C E Vmax
复运动。摆锤的顶部垂直方向也有导轨和滑轮,可
F 自由上下,并有配重装置以抵消摆锤的大部分自重。 X 0 X1=0.1 S X2=0.9 S S 水平直驱式驱动,其底部运动轨迹为水平线,不需
V 要进行圆弧补偿。基于直线电机的控制性能好,自
身功率/重量比高等优势,可显著减小驱动装置的外 Vmax
形尺寸,并有效降低机构的惯量。该方式结构简单
轻巧,检修方便。 t 0 T/2
2.2 水平直驱式驱动的力学分析X 下面我们以产品宽度1.9 m,最大摆宽2 m,摆
锤 半径2.5 m为例,对水平直驱式摆锤进行力学分
析。
S t 0 2.2.1 摆锤式布棉机的摆锤力学分析图
t1 t2 T/2
图3 速度(行程)、速度(周期)、行程(时间)曲线图
《 玻 璃 纤 维 》 2 0 0 9 年 第 5 期 2 7
技 术 开 发 陈宗来等水平直驱式矿岩棉摆锤式布棉机的原理和力学分析 ,:
我们可以计算出这种运动的最大线速度,匀速时,由于摆臂长度不可变化,此时其中心必将上移,
并使摆锤的固定点上移,而这一固定点的变化在整 段的开始和结束时刻 及 。 个过程中是不断发生的。 按上面给出的规律有:
摆臂的下端滑车沿水平线摆动,带动摆臂绕上 (1)部转轴的摆动和转轴的垂向起伏。摆角与下端位移
的关系满足下列一组关系式:
(2)(5)
(6)
由(1)式得:
(3)(7)
代入(2)得:式中
2.2.3 动力学方程
由于摆臂上轴的垂向运动幅度不大(约0.2 m), (4)
我们粗略地将它简化为摆臂绕固定轴的摆动问题。
这时的动力学方程只有一个,就是对转轴的力矩平 将(4)代入(3)得:
衡方程:
(8) 又式中 为摆架对转轴的转动惯量, 为阻尼系数,
为各外力矩。 值应根据其结构尺寸、重量计算, 所以从时间分配来讲,变速段共占,匀速
也可以在完工后通过试验测定。计算式为: 段共占。
(9) 匀变速段的加速度为:为每个部件对自身重心的转动惯量, g为各 部件
质量, 为其重心到转轴的距离。它们的估算值
上述计算建立在一系列假定的基础上:见表1。 (1) 在左右极限位置处,忽略了摆锤转动方向 (10) 的变化过程对整体转动的影响。而这一过程转动惯
量的变化是最大的,而且作用时间非常短,在实际 其中:2×部件1、2的质量×部件自中对推动机械核动力装置的影响起到十分关键的作 身22 的回转半径,2×3.06×0.046,0.013 kgm(因管用。 径初步定为 100,另加上两端封头、中间支撑等, (2) 将摆动周期中在两端部分行程作为匀加速 部件1、2的自身的回转半径估算为0.046 m。) 和匀减速段的大小亦对整个摆锤的设计起重要作用。 2部件3、6的质量×2.5/12,如果选择过大,将直接导致其速度变化阶段在整个 (4.59× 摆动周期中所占的比例增大,进一步造成棉层在水平 222+10.2)×2.5/12,10.094 kgm(上述公式为左右 方向上的分布不均匀影响最终产品的密度均匀性;如 竖杆及橡胶带的转动惯量计算方法,果过小,将会对机械动力装置,如功率的大小、动 此处把简化为一直杆来计算惯量,其中2.5力的效率等形成较大的挑战。 为摆动力臂长度)。(3) 忽略了摆动周期中,摆锤在垂直方向上的 223.57×0.05,0.009 kgm(上下横梁 外形影响因素。按照该假定,摆锤在运动至最低点 的估算回转半径为0.05 m)
222×2.04×0.05,0.010 kgm(上轴承座的 《 玻 璃 纤 维 》 2 0 0 9 年 第 5 期 2 8
技 术 开 发 陈宗来等水平直驱式矿岩棉摆锤式布棉机的原理和力学分析 ,:
表1
ri 序号 装置部件名称 尺寸/mm 部件重心到转轴的距离/mMi /kg
r1 r2 1,2 上下滚筒(共4φ3.06/只×4只 =0.07;=2.5 100*3*2 m只) 3 左右竖杆(共280*60*4方管*2 4.59/根×2根 1.25 根) r3 r4 4,5 上下横梁(共280*60*4方管*2 3.57/根×2根 =0.1;=2.4 根) 2 1.25 6 橡皮带 11 m *5 10.20
7 上轴承座(共22.04/个×2个 0 个) 8 下小车等(共24.08/个×2个 2.5 个)
估算回转半径为0.05 m)大,否则会影响悬锤的灵活性,从而容易造成消耗
22和磨损。 2×4.08×0.15,0.184 kgm(下小车的估
算回转半径为0.15 m)
,0.013+10.094+0.009+0.009+0.01+ 4 结语20.184,10.319 kgm 对于大型生产线,当主生产线宽度达2.4 m以
上, 产量6 t/h以上时,若使用传统的推杆式驱
,2×3.06×动,推杆 行程很长,机构惯量大,摆频高,转向力
2222(0.07+2.5)+3.57×(0.1+2.4)+(2× 矩非常大, 其圆弧补偿量也很大。而采用水平直驱2224.59+10.2)×1.25+4.08×2.5,112.287 kgm 式驱动,其 底部运动轨迹为水平线,不需要进行
按(9)式计算得: 圆弧补偿。基 于直线电机的控制性能好,自身功率
10.319+112.287, /重量比高等优 势,可显著减小驱动装置的外形尺2122.606 kgm 寸,并有效降低 机构的惯量。该结构简单轻巧,检各外力矩: 修方便。 根据初步估算摆臂整体质量为500 kg,摆锤在轨
参考文献 道上的承受的重力为50 kg(因上部配重,致使摆锤
[1] 范祖尧.非标准机械设备设计手册[M].北京:机械工业出版社, 压在轨道上的重力可以变得很轻,见图2中的件
2002. 8);
假设P为驱动源的直线推力。 摆臂[2] 吕庸厚.组合机构设计机械设计[M].上海:上海科学技术出版
的重力矩:M1,500×1.25 轨道对小社,1996.
车的推力矩:M2,-50×2.5 [3] 颜鸿森.机械装置的创造性设计[M].北京:机械工业出版社,
动力源的推(拉)力矩:M3,P×2.5 2002.
[4] 孟宪源,姜琪.机构构型与应用[M].北京:机械工业出版社, 则M1+M2,500M3,2.5P(11)
2004. 上述计算建立在一个假定的前提下,就是忽略
摆锤在垂直方向上的运动,在对摆锤的动力学基础 [5] 殷鸿梁.间歇运动机构设计[M].上海:上海科学技术出版社, 运算结束后,就要回过头来考虑垂直向的静力学平 1996.
衡问题,以解决摆锤在运动过程中垂直向补偿,使 [6] 张济川.机械最优化设计及应用实例[M].新时代出版社,1990. 得摆锤可以在摆动过程中自由平衡地完成垂直向的 [7] 陈荣波,范乃文.结构力学[M].北京:中国建筑工业出版社, 运动。可以通过加挂等重悬锤的方法初步解决这一 1981.
问题,而此种方案的前提是摆锤的整体重量不能过 [8] BIRD,J.Engineering Mathematics (4th ed.) [M],2003.
《 玻 璃 纤 维 》 2 0 0 9 年 第 5 期 2 9
范文三:摆锤冲击试验机的工作原理
一、产品简介:
摆锤冲击试验机 操作简单工作效率高, 扬摆、 冲击、 放摆电器控制, 并能利用冲断试样后的剩余能量自动扬摆作好下次试验准备, 特别适 用于连续做冲击试验的实验室和大量做冲击试验的冶金、 机械制造等 行业。
二、原理:
摆锤冲击试验机 的原理就是能量守恒定律, 按照摆锤打断冲击试样 后损失多少计算冲击功。 但是这种试验方法天生就有一个缺点, 不能 像拉伸试验机那样直接显示里和位移的曲线, 因为我们测量出来的结 果只能是冲击功,冲击功是能量单位,他的单位是焦耳,而能量的公 式是:
W =FS 即 冲击功 =力 *位移,所以这两个变量无论哪一个发生变 化都回引起冲击功的变化, 尤其是位移。 所以冲击功这一数值不能直 接说明材料的韧性如何, 不能描述材料在打击过程中产生的变化, 只 能作为一个参考。为了解决这个问题人们发明了仪器化冲击试验方 法 .
三、技术特点:
1、 摆锤冲击试验机的 主机为单支承柱式结构,悬臂式挂摆方式,摆 锤锤体 U 型;
2、冲击刀采用螺钉安装固定,更换简单方便;
3、试样简支梁式支承;
4、主机装有安全防护销,并且配备了安全防护网;
5、 摆锤冲击试验机 为半自动控制,扬摆、挂摆、冲击、放摆均为电 气控制,并能利用冲断试样后的剩余能量自动扬摆做好下次试验准 备,特别适用于连续做冲击试验的试验室和大量做冲击试验的冶金、 机械制造等部门;
四、技术指标:
1、冲击能量:300J (大锤) 150(小锤)
2、冲击速度:5.2m/s
3、摆锤预扬角:150°
4、试样支座跨距:40mm
5、 摆锤冲击试验机的 支座钳口圆角:R1.0~1.5mm
6、冲击刀刃圆角:R2.0~2.5mm R8mm
7、摆锤中心至冲击点距离:750mm
8、标准试样尺寸:10×10(7.5或 5) ×55mm
9、摆锤力矩: M=160.7695N.m 80.3848N.m
10、电源和功率:三相四线 50Hz 380V 180W
11、外形尺寸:约 2100×650×1900mm
12、 摆锤冲击试验机的 角度准确度: 0.1°
13、重量:约 500Kg
济南铂鉴冲击试验机 分为:手动摆锤式冲击试验机、 半自动冲击试验 机、数显冲击试验机、微机控制冲击试验机、非金属冲击试验机。
范文四:帆船、帆板运动的力学原理
帆船、帆板运动的力学原理简介
2007-08-07 10:40 【大 中 小】【我要纠错】
浙江省上虞市春晖中学 陈炳龙
帆船、帆板运动是奥运会的比赛项目,这项运动被越来越多的人所喜爱。但要想学会
驶帆,必须首先弄清它的力学原理。
1 帆船的动力来源
一般人对于帆船往往认为是被风推着跑的。其实风的动力以两种形式作用于帆,如图1、
图2所示,帆船的最大动力来源是所谓的“伯努利效应”。
我们知道,当空气流动得快的时候,在正面挡住它的物体就会受到空气的冲击,这种冲击产生的压力我们称为动压力。当帆船如图1所示顺风行驶时,就是空气对帆的动压力推动帆船前进的。由“流速增加,压强降低”的伯努利原理知道,当空气向一个方向流动时,它向侧面作用的力就要相对减小。也就是说气体流动速度越大的地方,动压力压强越大,而静压力压强越小。流速愈小的地方,动压力压强愈小而静压力压强愈大。这样气体流速小的地方对流速大的地方就会产生一个侧向的压力,这个力称为静压力。当迎风驶帆时,如图2
所示,船正是在风的静压力推动下前进的。
帆所受静压力的产生,主要是帆具有像机翼一样的弧形。我们把帆的横截面和机翼的横截面对照一下,就可以看到它们的共同点。如图3所示,当气流通过帆或机翼时,由于机翼上面和帆的前面的气流要走更长的距离来和机翼下面和帆后面的气流相会合,因而就加快了流速,使帆的前面和后面及机翼的上面和底面的气流产生了不同的流速。流速慢处的压强比流速快处的静压强大,这个压强差使机翼产生了向上的升力,也使帆获得了向前的动力,
如图4所示。在这里不妨也称它为“升力”。
下面我们来看帆上的静压力是如何推动船前进的。如图5所示,帆所受的静压力F T ,并不能全部用来推动船前进,真正用来推动船前进的是F T 沿船头方向的分力F R ,F R 的值要小于使船横向移动的分力F H 。尽管横向力较大,但在实际行驶时,很少看到船横向移动。而船向前进的速度却相当大,先进的帆船和帆板,最快的时速,可达30至40 km造成这样的前进速度,除了帆产生推力以外,还有一个重要因素就是船底的流线型,船浸入水中部分的横向截面积远大于纵向截面积,推力F R 虽然比横向力F H 小,但船在水里前进时所受的
阻力要比船横向移动所受的阻力小许多。所以,F R 推船前进效果就相当显著。
2 帆船的航向限制和效益
图6
帆船既可在动压力的推动下顺风行驶,也可在静压力推动下逆风行驶。但帆船的航向不是完全没有限制,在正逆风左右各约45度角内,是无法产生有效的推进力的,如图6所示的A 区。但是太顺风也不是很好的,因为这时伯努利效应消失。船靠风对帆的动压力推动,而动压力的大小决定于风对帆的相对速度,相对速度越大,动压力就越大。然而船在动压力的推动下,前进速度逐渐增加,风与船相对速度就会减小,因而风对帆的动压力减小,船速会再度慢下来,同时会进入不稳定状态,如图中C 区。所以动压力对帆船来讲,并不是持续高效的动力来源。只有如图中B 区才是最好的航行方向,这时船航行方向与风向成一定夹角,船在静压力推动下,能得到持续稳定的推动力,使船获得比较高的航行速度。
若船要逆风行驶,船的航行方向应与风向成一夹角,所以必须采取Z 字型的路线。如
图7所示。
3 帆船的控制和转向
由于帆的受风力的中心点与船体侧面受水阻力的中心之间有一定的距离,F H 这个力使船横移虽不显著,但使船向下风倾斜的作用却相当显著。如图8所示,这就要运动员随时用自己的体重来调节船的重心,以保持船的平衡(常称为“压弦”)。由于风力的大小随时会变化,横倾力的作用也随之变化。所以压弦是要随时灵活变化的,这是运动员的一种重要的
操作技能。
推力F R 在推船前进的同时,同样有一种使船前倾的作用,虽要比横向力F H 使船致倾的作用小得多,但它同样会使船失速,所以运动员还要随时注意可能出现的纵倾,设法通过
压弦来保持船的平衡。
改变航向,帆船主要靠航。帆板则靠帆的位置和重力的中心的转变。如图9是帆船靠舵改变航向的原理示意图。当船在行驶时,水流给舵一个垂直航面的力F ,F 的一个分力F 1能使船产生旋转,另一个分力F 2阻挡船前进。由于F 2对船起阻力作用,所以转向时舵角一般不要推得太大。当然,要完成转向动作,除了航以外,还要和帆的位置,船员的移动相配
合。
帆板的转向,当运动员把能活动的桅杆倒向下风后方,板首就向迎风转,相反把桅杆倒向上风前方,板首就离风偏转。通过桅杆的倒动,移动帆心,使帆板产生了旋转的力矩,
从而促使其转向。
由上可见,驾驶帆船和帆板有一定的技术难度,但它能回馈给你的成就感与刺激感也
高。只要你认真学习,积极操练,不久就可以体验御风而行的快感了。
延伸阅读:帆船 帆板 运动 力学原理
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奇妙的服装图案
2007-07-31 11:37 【大 中 小】【我要纠错】
你想过没有,服装颜色和图案的设计中,还大有学问哩!巧妙的设计,能产生奇特的效
果。
许多青年人爱穿水兵的“海魂服”,这种针织衫上有蓝白相间的粗横条,清新爽朗,小伙子穿起来,确实神气。有趣的是,瘦人穿上它,显得丰满,而胖人穿了它,看起来更臃肿了。
这是一种光学现象──视错觉造成的。
大小和形状都相同的物体,由于采取不同的分割方法,便会引起人们的错觉。如上图中的两个正方形,是一样大小,由于左面的采取横向分割,右面的采取竖向分割,结果左面的
图形看起来高一些,右面的图形则宽一些。这种现象在物理学上叫做“分割错觉”。 同样的分割用在不同的地方,会产生相反的效果。在装璜设计上,要想使一只盒子显得高一些,就可采取横向分割;然而在衣着装饰上的分割错觉却恰好相反,矮胖的人穿横向条纹的“海魂服”,不但没有增加高的感觉、反而增加宽的感觉,显得更胖了。这是因为盒子一般不太大,它正好处在人眼的正常视野中,眼球不必转动就可以看清它,观看横向分割的时候,就会不自觉地把分割条数考虑进去,便觉得高度有所增加。观看穿横向条纹衣服的人,情况便有所不同,为了能看清这些条纹,视线必然会沿着条纹方向移动,不自觉地把条纹长度跟条纹间隔作比较,就觉得横向的宽度增大了。所以,矮胖的人不宜穿“海魂服”之类的横
向条纹衣服,而适合穿竖直条纹的服装。
视错觉的现象还有好多种。假如你用一只眼睛正面去看上图中的四个字母,你会明显地感到它们的颜色深浅不同。记住那个颜色最深的字母,然后从侧面斜看这四个字母,就会发生一个意外的变化:原来那个最黑的字母,变成灰色的了,这时最黑的字母已经是另外一个了。这种现象叫做“象散错觉”。根据这个原理,现在已经设计出一些“会变色的布”──从不同的角度观察同一块布,却感到色泽、深浅都不一样。有一种斜纹布,左看似红,右看却又象绿。这除了在它的经纬纱中分别配有红、绿线外,纹理引起的“象散”现象也起了重要作用。
歌唱家们在舞台上喜欢穿着拖地的深色连衣裙,或者是黑色的长装。这样的服装会给观众一种“苗条”秀丽的感觉。这也是光学原理在起作用。两个大小相等的黑白色正方形,好象白的比黑的要大一些。这是因为,浅色物体在视网膜上的像,周围总有一圈光线围着,好象是从象中渗出来似的,人们把这种现象叫“光渗”。黑色背景下的白色物体,由于光渗作用,它在视网膜上的象要比实物大一些;白色背景下的黑色物体,情况恰恰相反。所以便产生了白大黑小的错觉(光渗错觉)。假若把画在黑色背景上的白圆点,跟画在白色背景上的同样大小的黑圆点,同时放在一起看,会觉得黑圆点要比白圆点约小五分之一。同是一个人,穿
深色衣服的时候,要比穿浅色衣服显得瘦些,就是这个道理。
声在日常生活中的利用
2007-07-31 10:25 【大 中 小】【我要纠错】
河北省冀州市北漳淮乡北内漳学校 李同心
声音是人类获取信息的主要途径之一,声音传递给我们的不仅仅是语言信息,下面所
介绍的是声在其它方面的一些应用及其原理。
1 辩析熟悉的来人
现象:和您朝夕相处的人在室外说话时,我们通过听声音就知道是哪位在说话。
原理:不同的人发出的声音音调、响度都有可能相同,但音色绝不会相同,因为不同的发声体发出的声音的音色一般不相同,由于非常熟悉,我们通过辩别音色就能分辩出哪位
在说话。
2 听长短
现象:向暖水瓶中倒水时,听声音就能了解水是不是满了。
原理:不同长度的空气柱,振动发声时发声频率不同,空气柱越长,发出的音调越低;暖水瓶中水越多,空气柱就越短,发出的声音频率越高,音调也就越高,特别是水刚好倒满
瞬间,音调会陡然升高,通过听声音的高低,我们就能判断出水已经倒满了。
3 挑选商品
现象:我们去商店买碗、瓷器时,我们用手或其它物品轻敲瓷器,通过声音就能判断
瓷器的好环。
原理:有裂缝的碗、盆发出的声音的音色远比正常的瓷器差,通过音色这一点就能把坏的碗、盆挑选出来,当然实际还用辩别音调,观察形态等方法,但主要还是通过音色来辨
别的。
4 测量距离
现象:前面如果有一建筑物或高山,对着高山大喊一声,用表测量发出声音到听到声
音的时间,利用声速就可以测出我们与高山或高大建筑物理的距离。
原理:声音在传播过程中遇到障碍物被反射回来就产生了回声。
5 看病
现象一:听诊器
原理:人的体内有些器官发出的声音,如:心肺、气管、胃等发生病变时,器官发出的声音在某些特征上有所变化,医生通过听诊器能听出来,依此来诊断病情。
现象二:B 超检查原理
原理:频率高于20000赫兹的声音称为超声波,超声波有一定的穿透性,医生用某些信号器产生超声波,向病人体内发射,同时接受内脏器官的反射波,通过仪器把反射波的频率、强度检测出来,并在电视屏幕上形成图像,为了判断病情提供了重要的依据,B 超利用
的是回声原理。
6 治病(传递能量)
现象:体外碎石
原理:人体的有些器官发生结石,如肾、胆等,最好的治疗措施就是用体外碎石机把体内结石击碎,变成粉未排出体外。体外碎石机利用的就是超声波,用超声波穿透人体引起
的结石英钟激烈震荡,使之碎化。这主要利用了声波能传递能量的性质。
7 传递信息(监测灾情)
现象:通过监测次声波就可知道地震、台风的信息。
原理:次声波是频率低于20赫兹的声音,人类无法听到。一些自然灾害如地震、火山喷发、台风等都伴有次声波的产生;次声波在传播过程中减速很小,所以能传播的很远,通
过监测传来的次声波就能获取某些自然灾害的信息。
低温的世界
2007-07-20 17:14 【大 中 小】【我要纠错】
在小学,我们学的都是正有理数和零,也就是说,数的系统限制在非负有理数的范围内。到了初一我们学习了负有理数。这样,数的范围就扩大到了有理数。非负有理数在同学们生
活中用的很多,大家熟悉。而接触到的负数比较少,大家对它比较生疏。
其实,随着现代科学技术的迅猛发展,负数已越来越多地进入了人类的生活。现在我们
把大家带到“低温的世界”,看一看负数在那里的广泛应用。
人们在地球南极点附近,曾测得世界最低的气温是-94.5°C. 据前苏联科学家称,他们曾
在南极东方站测得-105°C 的气温,不 过这个数据未被国际上承认。
人的骨髓在-50°C 的条件下,可保存6到12个月。
日本一家公司不久前开发了一种制冷达世界最低温度-152°C 的冷藏柜。这种冷藏柜可以应用于保存人体细胞和血液,还可以应用于超导体领域。目前这种冷藏柜已成批投入生产。 1969年6月4 日,有个名叫索卡拉斯·拉米尔兹的人,从古巴叛逃至西班牙。他藏身在客机未加压的轮空内,飞机在9142米的高空飞行,他在-22°C 的严寒下,忍受了8个小时。 科学家在液化氧气的过程中,获得-183°C 的低温。后来液化氢气成功,获得-253°C 的
低温。1926年,人们在凝固液态氮的过程中,得到-272°C 的温度。
人类早已踏上了月球,在月球的表面上,“白天”的温度可达127°C. 太阳落下后,“月夜”
的气温竟下降到-183°C.
1967年1月,美国著名的心理学家詹姆斯·贝德福特患病住进了洛杉矾市郊疗养院。当他知道自己患了肺癌这个绝症时,便下了决心,把自己所有的存款投人医院,请求将他冷冻处理。科学家们把他的体温降至-73°C ,用铝箔将身子包了起来,装进低温密封储藏仓,最后用-196 °C 液体氮急剧降温,几秒以后,贝德福特的身体变得象玻璃一样脆。贝德福特曾留下遗言:希望人类有一天能征服癌症,井且能找到将冷冻的生命复活的方法,使他能从密
仓里活着走出来。据说,现在美国已有300多个期待复活的冰尸。
什么是磁悬浮列车?
2007-05-16 09:36 【大 中 小】【我要纠错】
磁悬浮列车是一种利用磁极间吸引力和排斥力的高科技交通工具。简单地说,排斥力使
列车悬起来、吸引力让列车开动。
列车上装有电磁体,铁路底部则安装着线圈。通电后,地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同,两者“同性相斥”,排斥力使列车悬浮起来铁轨两侧也装有线圈,交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用,使列车前进。列车头的电磁体(N 极)被轨道上靠前一点的电磁体(S 极)所吸引,同时被轨道上稍后一点的电磁体(N 极)
所排斥———一“推”一“拉”。
磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙(一般为1—10厘米),因此无摩擦、运行安
全、平稳舒适、无噪声,可以实现全自动化运行。
磁悬浮列车车辆使用寿命可达35年,而普通轮轨列车只有20至25年。磁悬浮列车的
路轨寿命是80年,普通路轨为60年。
它能快到什么程度?
磁悬浮列车启动后39秒即达到最大速度,目前的最高时速是552公里。据德国科学家预测,到2014年,磁悬浮列车采用新技术后,时速将达1000公里。而一般轮轨列车的最高
时速为300公里。上海现已建成的磁悬浮列车线,据说最高时速为500公里。
会有电磁辐射和嘈声污染吗?
磁悬浮列车采用电力驱动,无任何有害气体排放。
什么是绿色冰箱?
2007-05-16 09:32 【大 中 小】【我要纠错】
所谓绿色电冰箱,就是不再将氟利昻作制冷剂的电冰箱。这样,就避免了氟利昂对地球大气臭氧层造成破坏。为此,在绿色电冰箱中,要选用不会破坏臭氧层的化学气体来代替氟利昂。最好的办法是另辟蹊径,干脆将制冷剂和压缩机、冷凝器、蒸发器等统统不要,应用
半导体制冷器来制造电冰箱。
应用半导体制冷器的绿色电冰箱,不但彻底根治了氟利昂破坏臭氧层的源头,而且它还具有制冷快、体积小、没有机械和管道、无噪声、可靠性高等优点,能方便地实现制冷和制
热,有着十分广阔的发展前景。
飞机上为什么禁用手机
2007-04-12 13:48 【大 中 小】【我要纠错】
移动电话正逐渐普及,但独独飞机中却不能使用。
本月,一位阿拉伯人由于在飞机起飞时用了手机,遭到了无数责骂。
1998年,英国采油工人Neil Whitehouse由于在一次航班中拒绝关机,被判入狱一年。 瑞士调查者们认为,去年发生的LX498空难,很可能与手机干扰有关。那次空难造成
了10名乘客的殉难。
上个月,一架从斯洛文尼亚飞往萨拉热窝的飞机突然警报长鸣,不得不紧急迫降。调查
者们在行李仓里发现了一个处于开机状态的手机。
事实上,飞机中的旅客只能通过座位上的电话与地面联系。飞行界坚持认为,在飞行途
中使用手机是非常危险的。种种迹象都明显地证明了这一点。
因此,乘客们在飞行中决不可以使用手机。
“尽管没有确凿的证据,但手机似乎的确能在某些情况下影响飞机。”研究人员John
Sheehan 如是说。“当然,这种干扰极少发生。”
现在,电子器械的禁用规则正日益增多。有些乘客甚至希望所有的电子装置都被取缔掉,因为他们觉得烦不胜烦——即使是便携电脑键盘的滴答声也难以忍受。John Duncan如是介
绍。现在,在飞行途中尚允许人们使用便携电脑。
“就象吸烟一样。当有人问道,?我可以吸烟吗?的时候,别人总是相当客气,随他去吸,即使内心不愿意也不便表露。飞行途中也是一样。坐在你旁边的人想要使用便携电脑,即使
你觉得很烦,你也不好意思反对。”
如今,使用移动电话的人越来越多;乘飞机的人也越来越多。因此,想在飞行途中使用
手机的人也就越来越多。
但他们不能。
更令人啼笑皆非的是,手机干扰的原因至今不明。在飞机里使用座位上的固定电话,价格非常昂贵。在美国,每分钟是3美元。而一次20分钟的通话需要花费60美元。公司企业
对此可不会高兴。
“我怀疑在航班中禁用手机是否有必要,因为你只要付费,就可以在飞机中通电
话。”Flying Food公司的副总裁Larry Murphy如是说。
此外,Murphy 还介绍说,“在私人飞机中,你绝对可以使用移动电话。”
那么,为什么飞机中禁用移动电话呢?人们的业务越来越繁忙,需要随时和地面保持联
系。因此,这一问题也就日益突出……
航空工业界和联邦通信委员会都表示,在航班中使用手机是不允许的。但他们各自的理
由不同。评论家们指出,他们的理由甚至是完全矛盾的。
联邦航空管理局表示,禁令的原因是处于安全考虑。有足够的证据表明手机会影响正常
飞行。
比如,RTCA 航空顾问公司的数据就证明了这一点。
但是,私人飞机中仍旧可以使用手机。
美国通信委员会则认为,禁用手机与安全问题无关,而是出于信号干涉的考虑。他们指出,在高空中使用手机,会对信号塔信号造成干扰,从而影响地面用户,造成串线等问题。 然而,这一说法却没有丝毫证据。更有甚者,由于他们的“疏漏”,SprintPCS 和AT&T
的手机用户并不在禁用之列。这是否意味着,该理论荒谬无比呢?
有一种解释听上去比较合理:移动电话的频率与飞机装置的频率不同,因此造成了干扰。
大学教授Tim Brown如是说。
但联邦航空局和美国通信委员会都不打算取消禁令。
据统计,平均每秒钟有两架美国航班,每天搭载150万乘客。而美国的移动电话用户数
量则超过1.1亿。
分析家Galen Schreck评论道,“事情越来越麻烦了。在飞机上,一切无线器械都不能用:
手机,呼机,掌上电脑……。只有便携电脑还可以用用。”
据Sheehan 介绍,航班收入的15%来自于电话,
固定于飞机座位上的电话与普通的手机不同,信号是被屏蔽和控制的,由卫星系统进行
控制。因此,使用这种电话费用不匪。
移动电话工业界也表示,他们无法营造特殊的信号塔,使信号能够在33,000英尺的高
空传播600英里远。因此,飞行中不得使用手机的禁令也就无法解除。
然而,乘客们的业务越来越繁忙,不满也越来越多。“如今科技这么先进,他们一定能
想出解决方法。”Murphy如是说。
汽车上的物理知识
2007-03-05 16:58 【大 中 小】【我要纠错】
一、力学方面
1、汽车的底盘质量都较大,这样可以降低汽车的重心,增加汽车行驶时的稳度。
2、汽车的车身设计成流线型,是为了减小汽车行驶时受到的阻力
3、汽车前进的动力——地面对主动轮的摩擦力(主动轮与从动轮与地面的摩擦力的方
向相反)
4、汽车在平直路面匀速前进时——牵引力与阻力互相平衡,汽车所受重力与地面的支
持力平衡
5、汽车拐弯时:①司机要打方向盘——力是改变物体运动状态的原因;②乘客会向拐
弯的反方向倾倒——由于乘客具有惯性
6、汽车急刹车(减速)时,①司机踩刹车——力是改变物体运动状态的原因;②乘客会向车行方向倾倒――惯性 ;③司机用较小的力就能刹住车――杠杆原理;④用力踩刹车——增大压力来增大摩擦;⑤急刹车时,车轮与地面的摩擦由滚动变摩擦成滑动摩擦
7、不同用途的汽车的车轮还存在大小和个数的差异——这与汽车对路面的压强大小相
关
8、汽车的座椅都设计得既宽且大,这样就减小了对坐车人的压强,使人乘坐舒服
9、汽车快速行驶时,车的尾部会形成一个低气压区,这是我们常常能在运动的汽车尾
部看到卷扬的尘土形成原因
10、交通管理部门要求:①小汽车的司机和前排乘客必须系好安全带——这样可以防止惯性的危害;②严禁车辆超载——不仅仅减小车辆对路面的破坏,还有减小摩擦、惯性等;
③严禁车辆超速——防止急刹车时,因反应距离和制动距离过长而造成车祸
11、简单机械的应用:①方向盘、车轮、开窗摇柄等都是轮轴,②调速杆,自动开关门
装置是杠杆
12、汽车爬坡时要调为低速:由P=Fv,功率一定时,降低速度,可增大牵引力
13、关于速度路程,时间的计算问题;参照物与运动状态的描述问题
14、认识限速,里程,禁鸣等标志牌,了解其含义
二、声学方面
1、汽车喇叭发声要响,发动机的声音要尽量消除(发动机上装配消音器)――这是在
声源处减弱噪声
2、为减轻车辆行驶时的噪声对道旁居民的影响,在道旁设置屏障或植树――可以在传
播过程中减弱噪声
3、喇叭发声:电能――机械能
三、热学方面
1、汽车发动机常用柴油机或汽油机——它们是内燃机——利用内能来做功
2、发动机外装有水套,用循环流动的水帮助发动机散热——水的比热容大
3、冬天,为防冻坏水箱,入夜时要排尽水箱中的水――防止热胀冷缩的危害
4、小汽车的后窗玻璃板中嵌有一道道的电热丝——它可以防止车内形成的雾气附着于
玻璃上并凝结
5、刚坐进汽车或有汽车从你身旁驶过时,会闻到浓浓的汽油味——扩散现象
6、空调车车窗玻璃设计成双层的――防止传热
7、环保汽车使用气体燃料,可减小对大气的污染
四、电学方面
1、汽车的发动机常用低压电动机起动:电动机是根据磁场对电流的作用的道理制成的,
工作时把电能转化为机械能。
2、汽车电动机(汽车电机)常用车载电瓶(蓄电池)供电,汽车运行过程中可以利用的车轮带动车载发电机发电,给蓄电池充电。给蓄电池充电时,电能转化为化学能储存起来,此时蓄电池是用电器;用蓄电池给电动机供电时,化学能转化为电能,此时蓄电池才是电源
3、车载蓄电池还被用来为汽车上配装的空调、电扇、收录机、CD 机及各种用途的电
灯供电,方便地电能转化为机械能、声能、光能等等
4、油罐车的尾部通常要挂一条铁链直达路面,这样做有利于使运输过程中因颠簸而产
生的电荷迅速传到大地上,避免因静电放电而带来灾难
5、车灯发光:电能――光能
五、光学方面
1、汽车旁的观后镜,交叉路口的观察镜用的都是凸面镜,可以开阔视野
2、汽车在夜间行驶时,车内一般不开灯,这样可防止车内乘客在司机前的挡风玻璃上
成像,干扰司机正确判断
3、汽车前的挡风玻璃通常都不直立(底盘高大的车除外),这是因为挡风玻璃相当于
平面镜车内物体易通过它成像于司机面前,影响司机的判断
4、汽车尾灯灯罩:角反射器可将射来的光线反回,保证后面车辆安全
5、汽车头灯:凹面镜反射原理,近距光灯丝在焦点附近,远距光灯丝在焦点上
自行车上的物理知识
你知道自行车上有哪些物理知识吗?下面我们来看一看。
1、自行车上的摩擦知识。
①自行车外胎为什么要有凸凹不平的花纹
摩擦力的大小跟两个因素有关:压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大,摩擦力越大;接触面越粗糙,摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹,这是通过增大自行车与地
面间的粗糙程度,来增大摩擦力的,其目的是为了防止自行车打滑。
②自行车为什么能前进?
当我们骑在自行车上时,由于人和自行车对地面有压力,轮胎和地面之间不光滑,因此自行车与路面之间有摩擦,不过,要问自行车为何能前进?这还是依靠后轮与地面之间的摩擦而产生的,这个摩擦力的方向是向前的。那前轮的摩擦力是干什么的?阻碍车的运动!其方向与自行车前进方向相反。正是这两个力大小相等,方向相反,所以自行车作匀速运动。不过,当人们在地上推自行车前进时,前轮和后轮的摩擦力方向都向后。那谁和这两个力平
衡呢?脚对地面的摩擦力向前!
③刹车以后,自行车为何能停止?
刹车时,刹皮与车圈间的摩擦力,会阻碍后轮的转动。手的压力越大,刹皮对车圈的压力就越大,产生的摩擦力也就越大,后轮就转动的越慢。如果完全刹死,这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力(原来为滚动摩擦,方向向前),方向向后,阻碍了自行车的运
动,因此就停下来了。
④自行车哪些地方安有钢珠?为什么安钢珠?
在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处,脚蹬转动处等地方,都安有钢珠。 人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力,因此要在自行车转动的地方安装钢珠,我们可以经常加润滑油,使接触面彼此离开,这样就
可以使摩擦力变得更小。
2、自行车上的杠杆、轮轴知识。
①自行车上的杠杆
A 、控制前轮转向的杠杆:自行车的车把,是省力杠杆,人们用很小的力就能转动自行
车前轮,来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。
B 、控制刹车闸的杠杆:车把上的闸把是省力杠杆,人们用很小的力就能使车闸以较大
的压力压到车轮的钢圈上。
②自行车上的轮轴
A 、中轴上的脚蹬和花盘齿轮:组成省力轮轴(脚蹬半径大于花盘齿轮半径)。
B 、自行车手把与前叉轴:组成省力轮轴(手把转动的半径大于前叉轴的半径)。
C 、后轴上的齿轮和后轮:组成费力轮轴(齿轮半径小于后轮半径)。
3、自行车上的气压知识。
自行车内胎充气:早期的各种轮子都是木轮、铁轮,颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是使胎内的压强增大,可以起到缓冲的作用,同时可以减小自行车前进的阻力。 气门芯的作用:充气内胎上的气门芯,起着单向阀门的作用,只让气体进入,不让气体
外漏,方便进气,保证充气内胎的密封。
4、自行车上光学知识。
自行车上的红色尾灯,不能自行发光,但是到了晚上却可以提醒司机注意,因为自行车的尾灯是由很多蜂窝状的“小室”构成的,而每一个“小室”是由三个约成90度的反射面组成的。这样在晚上时,当后面汽车的灯光射到自行车尾灯上,就会产生反射光,由于红色醒目,
就可以引起司机的注意。
自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识
1. 测量中的应用
在测量跑道的长度时,可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π,即约2.23米或2.07米,然后,让车沿着跑道滚动,记下滚
过的圈数n ,则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。
2. 力和运动的应用
(1)减小与增大摩擦。
车的前轴、中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦,人们常在这些部
位加润滑剂。
多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎,车把手塑料套,蹬板套、闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时,车轮不再滚动,而在地面上滑动,摩擦大
大增加了,故车可迅速停驶。而在刹车的同时,手用力握紧车闸把,增大刹车皮对钢圈的压
力以达到制止车轮滚动的目的。
(2)弹簧的减震作用。
车的座垫下安有许多根弹簧,利用它的缓冲作用以减小震动。
3. 压强知识的应用
(1)自行车车胎上刻有载重量。如车载过重,则车胎受到压强太大而被压破。
(2)座垫呈马鞍型,它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强,使人骑
车不易感到疲劳。
4. 简单机械知识的应用
自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆,可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离,还使用了轮轴:脚蹬板与链轮牙盘;后轮与飞轮及龙头与转轴等。
5. 功、机械能的知识运用
(1)根据功的原理:省力必定费距离。因此人们在上坡时,常骑“S形”路线就是这个
道理。
(2)动能和重力势能的相互转化。
如骑车上坡前,人们往往要加紧蹬几下,就容易上去些,这里是动能转化为势能。而骑
车下坡,不用蹬,车速也越来越快,此为势能转化为动能。
6. 惯性定律的运用
快速行驶的自行车,如果突然把前轮刹住,后轮为什么会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动,但车上的人和后轮没有受到阻力,根据惯性定律,人和后轮要保持继续
向前的运动状态,所以后轮会跳起来。
切记下坡或高速行驶时,不能单独用自行车的前闸刹车,否则会出现翻车事故!
民谚俗语中的物理知识
2007-03-05 16:54 【大 中 小】【我要纠错】
在日常生活中,我们经常会接触到一些民谚、俗语,这些民谚、俗语蕴含着丰富的物理知识,我们平时如果注意分析、了解一些民谚、俗语,就可以在实际生活中深化知识,活化
知识,这对培养我们分析问题、解决问题的能力是大有帮助的。下面列举几例:
1、小小称砣压千斤——根据杠杆平衡原理,如果动力臂是阻力臂的几分之一,则动力
就是阻力的几倍。如果称砣的力臂很大,那么“一两拨千斤”是完全可能的。
2、破镜不能重圆——当分子间的距离较大时(大于几百埃),分子间的引力很小,几
乎为零,所以破镜很难重圆。
3、摘不着的是镜中月 捞不着的是水中花——平面镜成的像为虚像。
4、人心齐,泰山移——如果各个分力的方向一致,则合力的大小等于各个分力的大小
之和。
5、麻绳提豆腐——提不起来——在压力一定时,如果受力面积小,则压强就大。
6、真金不怕火来炼,真理不怕争辩——从金的熔点来看,虽不是最高的,但也有1068℃,
而一般火焰的温度为800℃左右,由于火焰的温度小于金的熔点,所以金不能熔化。
7、月晕而风,础润而雨——大风来临时,高空中气温迅速下降,水蒸气凝结成小水滴,这些小水滴相当于许多三棱镜,月光通过这些“三棱镜”发生色散,形成彩色的月晕,故有 “月晕而风”之说。础润即地面反潮,大雨来临之前,空气湿度较大,地面温度较低,靠近地面的水汽遇冷凝聚为小水珠,另外,地面含有的盐分容易吸附潮湿的水汽,故地面反潮预示大
雨将至。
8、长啸一声,山鸣谷应——人在崇山峻岭中长啸一声,声音通过多次反射,可以形成
洪亮的回音,经久不息,似乎山在狂呼,谷在回音。
9、但闻其声,不见其人——波在传播的过程中,当障碍物的尺寸小于波长时,可以发生明显的衍射。一般围墙的高度为几米,声波的波长比围墙的高度要大,所以,它能绕地高墙,使墙外的人听到;而光波的波长较短(10-6米左右),远小于高墙尺寸,所以人身上
发出的光线不能衍射到墙外,墙外的人就无法看到墙内人。
10、开水不响,响水不开——水沸腾之前,由于对流,水内气泡一边上升,一边上下振动,大部分气泡在水内压力下破裂,其破裂声和振动声又与容器产生共鸣,所以声音很大。水沸腾后,上下等温,气泡体积增大,在浮力作用下一直升到水面才破裂开来,因而响声比
较小。
11、猪八戒照镜子——里外不是人——根据平面镜成像的规律,平面镜所成的像大小相等,物像对称,因此猪八戒看到的像和自已“一模一样”,仍然是个猪像,自然就“里外不是
人了”。
12、水火不相容——物质燃烧,必须达到着火点,由于水的比热大,水与火接触可大量吸 收热量,至使着火物温度降低;同时汽化后的水蒸气包围在燃烧的物体外面,使得物体
不可能和空气接触,而没有了空气,燃烧就不能进行。
13、洞中方一日,世上已千年——根据爱因斯坦的相对论,在接近光速的宇宙飞船中航行,时间的流逝会比地球上慢得多,在这个“洞中”生活几天,则地球上已渡过了几年,几十
年,甚至几百年,几千年。
14、千里眼,顺风耳——人们利用电磁波传送声音和图像信号,使古代神话中的“千里
眼,顺风耳”变为现实。并且人类的视野已远远超过了“千里”。
15、坐地日行八万里——由于地球的半径为6370千米,地球每转一圈,其表面上的物体“走”的路程约为40003.6千米,约8万里。这是**吟出的诗词,它还科学的揭示了运
动和静止关系——运动是绝对的,静止总是相对参照物而言的。
16、釜底抽薪——液体沸腾有两个条件:一是达到沸点,二是继续吸热。如果“抽薪”
以后,便能制止液体沸腾。
17、墙内开花墙外香——由于分了在不停的做无规则的运动,墙内的花香就会扩散到墙
外。
18、坐井观天 所见甚少——由于光沿直线传播,由几何作图知识可知,青蛙的视野将
很小。
19、如坐针毡——由压强公式可知,当压力一定时,如果受力面积越小,则压强越大。
人坐在这样的毡子上就会感觉极不舒服。
20、瑞雪照丰年——下到地上的雪有许多松散的空隙,里面充满着不流动的空气,是热的不良导体,当它覆盖在农作物上时,可以很好的防止热传导和空气对流,因此能起到保温
作用。
21、霜前冷,雪后寒——在深秋的夜晚,地面附近的空气温度骤然变冷(温度低于0℃以下),空气中的水蒸气凝华成小冰晶,附着在地面上形成霜,所以有“霜前冷”的感觉。雪
熔化时要需吸收热量,使空气的温度降低,所以我们有“雪后寒”的感觉。
22、一滴水可见太阳,一件事可见精神——一滴水相当于一个凸透镜,根据凸透镜成像
的规律,透过一滴水可以有太阳的像,小中见大。
23、鸡蛋碰石头——自不量力——鸡蛋碰石头,虽然力的大小相同,但每个物体所能承受的压强一定,超过这个限度,物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小,所以鸡蛋将破裂。
24、纸里包不住火——纸达到燃点就会燃烧。
25、有麝自然香,何须迎风扬——气体的扩散现象。
26、玉不琢不成器——玉石没有研磨之前,其表面凸凹不平,光线发生漫反射,玉石研
磨以后,其表面平滑,光线发生镜面反射。
27、扇子有凉风,宜夏不宜冬——夏天扇扇子时,加快了空气的流动,使人体表面的汗
液蒸发加快,由于蒸发吸热,所以人感到凉快。
28、人往高处走,水往低处流——水往低处流是自然界中的一条客观规律,原因是水受重力影响由高处流向低处29、水缸出汗,不用挑担——水缸中的水由于蒸发,水面以下部分温度比空气温度低,空气中的水蒸气遇到温度较低的外表面就产生了液化现象,水珠附在水缸外面。晴天时由于空气中水蒸气含量少,虽然也会在水缸外表面液化,但微量的液化很快又蒸发了,不能形成水珠。而如果空气潮湿,水蒸发就很慢,水缸外表面的液化大于汽化,就有水珠出现了。空气中水蒸气含量大,降雨的可能性大,当然不需要挑水浇地了。
30、下雪不寒化雪寒——雪是高空中的水蒸气凝华或水滴凝固形成的,凝华、凝固都是
放热过程,化雪是融化过程,要吸热。
31、雪落高山,霜降平原——下雪天,高山气温低于山下平地气温,下到高山的雪不易融化,而下到平地的雪易及时融化。所以下同样的雪,高山上比平地多。霜是地面上的水蒸气遇冷凝华的结果,山下平地表面上的水蒸气比高山上多,故平地易摻禂霜,而高山不易形
成霜。
32、冰冻三尽,非一日之寒——水的温度在0℃~4℃之间是热缩冷胀,4℃时水的密度最大。当整个水温都降到4℃时,水的对流停止。气温继续下降时,上层水温降到 4℃以下,密度减小不再下沉,底层水温仍保持4℃,上层水温降到0℃并继续放热时,水面开始结冰。由于水和冰是热的不良导体,光滑明亮的冰面又能防止幅射,因此,热传递的三种方式都不
易进行,冰下的水放热极为缓慢,结成厚厚的冰,当然需要很长时间的天寒。
33、火场之旁,必有风生——火场附近的空气受热膨胀上升,远处的冷空气必将来填充,
冷热空气的流动形成风。
34、一石击破水中天——平静的水面如一块平面镜,可看到天的像,石块投入水中破坏
了平静的水面,形成层层水波,水中天的像也就被击破了。
35、瞎子点灯白费蜡——人们能看到世上万事万物,是因为太阳光或用来照明的光照射在物体上被物体反射后的光线进入人眼,反射光线进入不了瞎子眼中,所以瞎子看不见物体。
36、早虹雨滴滴,晚虹晒脸皮——我国的降雨云大都是由西向东移动的,早晨看到的虹,是东方射来的太阳光照在西方的天空降雨层的水滴上形成的西虹,显然,西虹是本地天气将要降雨的预示。相反,傍晚看到的虹是西方射来的阳光照在东方天空降雨层的水滴上而形成
的东虹,它预示着西方天空已没有降雨云了,天气必然是晴朗的。
37、朝霞不出门,晚霞走千里——(参考上则)
38、虹高日头低,早晚披蓑衣——当“日头低”时,太阳光线和地平线是非常接近的,这时出现虹,虹心必然亦接近地平线,在地面上可以看到虹的半个圆弧。若此时空气中水滴很多,分布的空间很广,那么除了可以看到虹外,还可以看到霓,霓顶的半圆弧比虹高且接近
天顶,也预示着降雨云已经移近天顶,本地很快就有暴雨下降。
39、照相的底片——颠倒黑白——照相机是应用物体放在凸透镜两倍焦距以外,成倒立缩小的实像原理制成的,故照相底片上的像与人是颠倒的。底片上涂有感光剂,人照相时,由于浅色部位反射光的能力强,反射光进入相机的暗箱与底片上的感光剂发生了光化作用,而深色部位由于吸收光的能力强,只有很少的反射光射入底片。这样浅色部位在胶片上感光强,深色部位感光弱。胶片冲洗时,感光弱的部位的感光剂基本冲洗掉,所以呈浅色,而感
光强的部位由于发生了光化反应冲不掉,所以呈深色。
40、磨刀不误砍柴工——减小受压面积增大压强41、鸡蛋碰石头——自不量力——鸡蛋碰石头,虽然力的大小相同,但每个物体所能承受的压强一定,超过这个限度,物体就可
能被损坏。鸡蛋能承受的压强小,所以鸡蛋将破裂。
42、一只巴掌拍不响——力是物体对物体的作用,一只巴掌要么拍另一只巴掌,要么拍
在其它物体上才能产生力的作用,才能拍响。
43、四两拨千斤——杠杆的平衡条件,增大动力臂与阻力臂的比,只需用较小的动力就
能撬起很重的物体。
44、水银落地——无孔不入——水银的密度大于组成地面各物质的密度,水银又具有流
动性,故它总是沉在其它物质的下面。
45、泥鳅黄鳝交朋友——滑头对滑头——泥鳅黄鳝的表面都光滑且润滑,摩擦力小。
46、鸡蛋碰石头——完蛋——蛋壳承受的压强远小于石头能承受的压强,鸡蛋碰石头,
鸡蛋先破。
47、大船漏水——有进无出——液体内部存在压强,船破后,船外的水被压进船内,直
到船内外水面相平,此刻船内的水也不会向外流。
48、水上的葫芦——沉不下去——葫芦的密度小于水的密度,故只能漂浮在水面上。
肥皂泡为什么总是先上升后下降
2007-02-27 11:04 【大 中 小】【我要纠错】
日常生活中,我们常看到一些小朋友吹肥皂泡,一个个小肥皂泡从吸管中飞出,在阳光的照耀下,发出美丽的色彩。此时,小朋友们沉浸在欢乐和幸福之中,我们大人也常希望肥皂泡能飘浮于空中,形成一道美丽的风景。但我们常常是看到肥皂泡开始时上升,随后便下降,
这是为什么呢?
这个过程和现象,我们只要留心想一下,就会发现,它其中包含着丰富的物理知识。在开始的时候,肥皂泡里是从嘴里吹出的热空气,肥皂膜把它与外界隔开,形成里外两个区域,里面的热空气温度大于外部空气的温度。此时,肥皂泡内气体的密度小于外部空气的密度,根据阿基米德原理可知,此时肥皂泡受到的浮力大于它受到的重力,因此它会上升。这个过
程就跟热气球的原理是一样的。
随着上升过程的开始和时间的推移,肥皂泡内、外气体发生热交换,内部气体温度下降,因热胀冷缩,肥皂泡体积逐步减小,它受到的外界空气的浮力也会逐步变小,而其受到的重
力不变,这样,当重力大于浮力时,肥皂泡就会下降。
人是怎样看见物体的?
2007-02-27 10:48 【大 中 小】【我要纠错】
古人很早就思考过这个问题,提出过一些猜测。有人认为是眼睛发出光线,这些光线碰上物体,人才看见那些物体。还有人认为眼睛发出触须那样的东西,通过触摸而看到物体。
这些看法都是错误的,但它说明人的认识是不断进步的。
公元11世纪,阿拉伯科学家伊本?海塞本纠正了上述看法。他认为光线是从火焰或太
阳发出,射到物体上,被物体反射后进入人眼,人因此而看到物体。
现在我们知道,人眼就好像一架照相机。当发光物体发出的光或不发光物体反射的光进入眼睛,通过眼睛的折光部分在眼的视网膜上形成物体倒立的像,然后通过神经系统传到大
脑,产生视觉,人就看到了物体。
X 射线为何能透过人体
2007-01-04 11:04 【大 中 小】【我要纠错】
阳光、灯光都是人的肉眼可以看到的光,称为可见光。另外,还有一些人眼看不到的光,
X 光就是其中的一种。
1895年,德国科学家伦琴在研究真空中的放电现象时,首先发现X 射线。X 射线和可
见光有什么不同呢?
根据科学家们长期研究,对光的本性作了总结:不论什么光都是一种电磁波,但各种光
的波长是不相同的。
波长在400——760纳米(1纳米=10 米)之间就是一般的可见光,波长小于400纳米的光,叫紫外光或紫外线,是不可见光,X 射线是一种波长比紫外线更短的光,只有可见光波长的万分之一,它也是不可见光。可见光只能穿透下班等透明体,X 却能穿透不透明的物
体。
为什么用X 射线透过人体,会在荧屏上显示出骨头的影子来?原来,对于由较轻原子组成的物质,如肌肉等,X 射线透过时很少有所减弱。对于由较重原子组成的物质,像铁和铅,X 射线就不能透过,几乎全部被吸收了。骨骼对X 射线的吸收比肌肉强150倍,因此,
在用X 射线透视人体时,在荧屏上就留下了黑影。 -9
三色陀螺和彩色电视
2006-11-17 14:57 【大 中 小】【我要纠错】
人的眼睛能够区别一百多种不同的颜色,这些颜色几乎都可以呈现在彩色电视机的屏幕上。但是如果你用放大镜去仔细观察彩色电视机的屏幕,你就会发现彩色屏幕上的发光点只能发出红(R )、绿(G )、蓝(B )三种色光。为什么彩色电视机屏幕上发出红、绿、蓝三种色光就能够逼真地显示出与被摄景物一样的自然色彩呢?这可以用简单的实验来说明。 你也许已经做过三色陀螺的实验,从这个小实验中可以看到,调配三色板上红、绿、蓝三种色光的深浅和比例,就可以得到不同的色彩。由此可以想到,自然界中的各种色彩是不是都可以用红、绿、蓝三种色光按不同的比例混合而成呢?要想方便地说明这个问题,你只
要将三色陀螺的小实验稍加改动就可以了。
拿一个陀螺和三块圆形硬纸板,在三块圆形硬纸板上,分别涂满纯红、绿、蓝三种颜色。按照图4-15中的样子,沿半径剪开一个槽。把三个硬纸板套在陀螺上,并沿槽口交错插进去成右边图的样子,转动三个硬纸板就可似调整陀螺上红、绿、蓝三种色光的比例。 先来研究红光和蓝光的混合。调整三个圆盘,使陀螺只露出两部分比例相等的红光和蓝光。当陀螺很快旋转的时候,由于人眼视觉暂留的作用,你将分辨不出各自的颜色,所看到
的只是它们的混合光──紫光,即红光+蓝光=紫光。
用上述方法,你可以得到以下结果:
红光+绿光=黄光;绿光+蓝光=青光。
调整三个硬纸板,使露出的红、绿、蓝三个部分相等。当陀螺很快旋转时,你看到的将
是白色。即红光+绿光+蓝光=白光。
任意改变陀螺上三种色光的比例,每改变一次,就让陀螺很快旋转一下,你便可以看到
粉红、橙红、橙色、蓝绿、黄绿、深紫等许多不同的色光。
由此可见气自然界中五彩缤纷的各种颜色都可以利用红、绿、蓝三种色光接不同的比例混合而产生。因此红、绿、蓝三种色光称为三原色。自然界中的各种颜色,都可以分解成红、
绿、蓝三种基色光。我们喜爱的彩色电视机就是利用三原色来合成彩色的。
首先,电视台的摄像机将被摄景物的色彩分解为红、绿、蓝三种色光,把被摄景物变成三幅红、绿、蓝三色图象,并把这三色的图象转换成为相应的电信号,由电视台通过电磁波
将这些电信号发射出去。
彩色电视机的显像管里装有三支电子枪。电视机接收到电视台发射的三种电信号分别加在这三支电子枪上,三支电子枪就发出三束电子流,每束电子流的强弱分别受三个电信号的
控制。
彩色电视机的荧光屏上一点一点地交替排列着三种荧光粉,当电子流打在上面的时候,三种荧光粉分别发出红、绿、蓝三种色光。相邻的发光点挨得很紧,距离只有针尖那么大,不用放大镜是看不出来的。当三种荧光粉同时发出强弱不同的红光、绿光、蓝光时,人眼分辨不出每个发光点发出来的色光,看到的只是它们的混合色,因而,看到屏幕上呈现出各种
各样的颜色。
大轮船的载重线
2006-11-14 14:06 【大 中 小】【我要纠错】
大轮船要在各种各样的大海里航行,不同的海洋在不同的季节,比重是不同的。夏天,海水温度升高,体积膨胀,比重就减少。冬天,比重又会增加,不同的海洋在不同的季节的风浪也不相同。在各个海洋里,海水含盐的多少也不一样,印度洋的海水含盐少一些,比重
自然小;北大西洋海水含盐多,比重就大。
满载货物的大轮船在大海中航行,就要考虑到海水的不同比重。比如说,一艘在比重比较大的海水里航行的轮船,装载的货物很多,吃水很深,一旦航行到比重小的海里,它受到
的浮水小些,就会加深吃水量,倘若再遇到大风浪,就可能发生危险。
为了保证安全,各种轮船上都有船舶载重的标志,俗话叫做“吃水线”。下面说的是我国船舶检验局规定的船舶载重标志。标志上分别注明的意思是: R (T )表示热带载重线。 注:[R 是“热”的汉语拼音首字头,括弧里的T 为英语hot (热)一词的词尾。]
X (S )表示夏季载重线;
D (W )表示冬季载重线;
BDD (WNA )表示北大西洋冬季载重线;
Q (F )表示淡水载重线;
RQ (TF )表示热带淡水载重线。
现在有一艘万吨轮,计划要经过不同季节的几个航区,冬跨北大西洋。那么,就只能按最低吃水线“BDD(WNA )”即北大西洋冬季载重线来装货。因为北大西洋冬季特别冷,海水比重大,同时,风浪又特别大,要求船舶适当地少装货物,保留多余的浮力,以利安全。
范文五:与运动有关的力学原理
Q: 众所周知,人从楼上掉下摔不死也会摔成重伤,可是蚂蚁从高处落下却会安然无恙,其中的秘密是什么呢?
A: 物体在空气中运动时会受到空气的阻力,其阻力的大小与物体和空气接触的表面积大小有关。越小的物体其表面积大小和重力大小的比值越大,即阻力越容易和重力相平衡,从而不致于下降的速度越来越大,也就是说微小的物体可以在空气中以很小的速度下落,所以蚂蚁落地时速度很小,不致于摔死。
Q:过山车极富刺激性、风驰电掣、有惊无险的快感令多人着迷。你能思考一下过山车中的物理学原理吗?
A:过山车的运动包含了很多物理学原理。
过山车在开始旅行时,小列车靠一个机械装置的推力推上最高点,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上,从这时起,带动它沿着轨道行驶的惟一“发动机”是引力势能,即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程。
引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量。过山车的势能在其处于最高点时达到最大,即当它爬升到“山丘”顶峰时最大。当过山车开始下降时,它的势能不断减少,但不会消失,而是转化成了动能。但在能量转化过程中,由于过山车的车轮与轨道的摩擦产生了热量,从而损耗了少量机械能。这就是为什么随后的小山丘要设计成比开始时要低的原因:过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。
最后一节小车厢是过山车赠送给乘客最刺激的礼物。事实上,下降的感受在过山车的尾部车厢最强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快,这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样,乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点,从而产生一种要被抛离的感觉,因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的,否则在到达顶峰附近时,小车厢就可能脱轨甩出去。
车头部的车厢情况就不同了,它的质量中心在“身后”,在短时间内,它虽然处在下降的状态,但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。
到达“疯狂之圈”时,沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时,乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉,因为这时产生了一种表观的离心力。事实上,在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的,目的是为了“平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时,事实上它会慢下来,但如果弯曲的程度较小时,这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程,机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。
Q:试利用摩擦力、牛顿第三定律、力矩等知识,推测决定拔河胜负的原理?
A:决定拔河胜负的因素很多。根据牛顿第三定律,双方受到对方的拉力,其大小相等而方向相反,均等于绳的张力?T?,如图1所示。
(一)移动分析
?A?所受的水平力为绳张力?T?及地面对脚底的摩擦力?f??1??及?f??2??。?A?究竟能维持静止抑或向何方移动,则视乎?T?与(?f??1?+f??2??)的大小而定:
若?T?>(?f??1??+?f??2??),则向对方加速移动;
若?T?=(?f??1??+?f??2??),则维持静止;
若?T?<(?f??1??+?f??2??),则向己方加速移动。
同理,?B?也可同样分析。若以两方拔河者作为一整体而研究,则绳张力T是这体系的内力,它与整体的运动无关。于是,只剩下(?f??1??+?f??2??)和(?f??3??+?f??4??)两组方向相反的外力。故胜负就视乎这两组外力何者较大。
因摩擦力?f?等于摩擦系数?μ?与正压力(此例正压力等于体重?mg?)之乘积。即:?f=μmg?。
故拔河的胜负,主要视乎双方队员的总体重以及鞋底与地面之间的摩擦系数而定。地面较平滑的一方当然吃亏。因此一回合之后就要对调场地。
(二)转动分析
拔河时,除了发生移动之外,还有可能被对方拉倒,产生转动。
由图2可知,当?A?刚被拉至转动时,他受到两个方向相反的力矩。以前足踏地点?O?为支点计算:
顺时针力矩=?T×h
?逆时针力矩=?W×l
A?要避免被拉倒,应尽可能减小?h?(尽量蹲低),而增大?l?(两脚马步要阔)。
(三)拉绳的方向与绳的夹角应尽量小(最好和绳平行),这可以增大合力。故图3正确,图4不正确。
Q:善用惯性、重心和力矩的知识,可以把体重较大的对手摔倒。怎样机警地运用这些知识呢?
A:柔道的主要目标,就是把对手摔倒。要达到此,单靠蛮力不足以取胜。除力气和敏捷外,善用惯性、重心和力矩等物理知识原理,有助于取胜。
以过腿摔为例,如图所示。在图5中,表示进攻者A尚未掌握有利形势,就急于用力。这时,对手B的体重不通过支点(A的右臀部),因而形成重力臂,于是产生一个抵抗的力矩(B的重力×重力臂)。这个力矩如果大于A的进攻力矩(A的拉力×拉力臂),A就不能把B摔倒。
在图6中,A掌握时机,使其右臀部支持着B的重量,也就是B的重心恰好位于支点的上方。于是,B的重量对支点就没有力臂,也就是没有反抗力矩。因此,A的力矩就轻易把B摔倒。
图5 图6
要把对手摔倒,不但要依靠自己所产生的力矩,还要借着对手身体的惯性。例如要把对手摔向右方,
就先作势假装要把对手摔向左方。对手为了维持平衡,就要把身体倾向右方。利用对手倾向右方的惯性,就乘势把对手摔向右方。
此外,破坏对手的平衡状态,诱使其重心的铅垂线离开其双脚的范围,使对手的重量产生倾倒的力矩,也很重要。
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