5毫米的Y-20复合材料拉起6.3吨“东风猛士”
经历金刚钻和液压机的“酷刑”,泪珠形的玻璃依然坚强
带有破甲锥的古弓箭射不透宣纸做成的铠甲
这些“力量”的对抗间,蕴含什么深刻的科学道理?甚至,蕴含什么生活哲理?为何“路遥知马力日久见人心”?诺贝尔文学奖得主的成名作《破裂的花瓶》为何“裂痕却每天侵蚀水晶,过程不可见但很确定”?
《加油!向未来》节目的科学顾问,来自中科院物理所的曹则贤老师,为我们解读。(满满知识点,看到就是赚到哦)
布达拉宫为何红白相间?材料科学已经复杂到当我们用简单的一个词的时候,已经不足以描出任何材料的性能了。
首先要知道它包含哪些元素。第二,要知道它包含那些元素的含量到底是多少。比方说碳占3%,锰占千分之二。到这个层面远远不够,我们要进入第三个层面,就是这些元素到底在我这个结构里处在什么位置。材料化学第四层面的内容,是关切物质(局域)的电子态,因此是state-specificchemistry。
布达拉宫的颜色是红白相间的。红色的东西实际上是一种红柳的枝条,树的枝条,红柳的枝条实际上就好比是复合材料用的碳纤维。关于材料层次多并且性质很神奇的东西,可能就是我们纤维层的肌肉纤维。你会发现肌肉纤维的层次非常多,每一个层次都有新颖的结构,而在每一个层次上可能都会带来新的功能,那是非常神奇的。
大家注意,加载的时间对材料的性能评估也是非常重要的,这一点甚至评估我们之间的友谊或者评估一个儿女对他父母的孝顺程度。
杂技演员为什么可以踩在鸡蛋上表演?泪滴形状本身,这种结构很难往上加上力。有经验的杂技演员是可以站在两三个鸡蛋组成的板上的,为什么?接近这种鸡蛋的形状,它承受力的能力是非常大的,就在于它的结构的完整性。
在这样的结构里面,力不会再局部积聚。对于一个体系,当它受外力挤压的时候,我们最怕的是受力不均匀或者应力在哪个地方积聚。
有些结构就怕受力不均匀,咔碴一下就垮了,比如说潜艇。高水平的高级的潜艇设计,要设计成水滴型。
网球拍为何不容易“受伤”?当我们在一个物体里造成破裂时,接下来是裂痕生长的过程,伤口越大越容易撕。而对于这样这种几十层、上百层纸叠的结构,箭头要想穿透它,每次都要去射穿一个新的薄层,相当于撕一个新的伤口,而射穿一个完整的薄层所费的力量实际上是大的。
现在的网球拍用玻璃丝,用碳纤维,是一根一根的细丝,而不是做一根完整的网球拍。因为如果做一根完整的网球拍,一旦摔打的时候有裂纹,这个裂纹就会生长,过两天拍子就断了。
可是如果网球拍是由上千根每一根单丝组成的,既使是偶然的受力,造成一根单丝断裂,这个断裂不会传到另一根上面去。
第一位诺贝尔文学奖得主,法国的诗人普吕多姆,有一首很著名的诗,叫《破裂的花瓶》,就在讲花瓶原先有一个很小很小的裂痕,但这个裂痕自己会生长。
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