PO18脸红心跳

第732节
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    第1节杠杆

    在远古时期,没有现代大型工具,人们在需要搬动大块石头的,往往使用杠杆来撬动,如右图。

    三角部分是支点,黑色是木棒。在右边的向下箭头处,是人用力的地方,左边向上箭头处,就是木棒撬动石块的位置。可以用较小的力,撬动左边的大石块。整个杠杆,有两个用力点和一个支撑点。(在以后的叙述中,箭头向下的位置,都表示人用力的地方,箭头向上的位置,都表示物体受力点地方。)

    这就是典型的杠杆,是置放连结在一个支撑点上的硬棒,这硬棒可以绕着支撑点旋转。

    在中国战国年代,墨子曾提到应用杠杆与其操作机制的机械。古希腊时期,阿基米德和亚里斯托德,都讨论过杠杆原理。其中,阿基米德最著名的言论:“给我一个支点,我就可以举起整个地球。

    最开始的杠杆是为了省力,可以使用较小的力来产生较大的力。但在使用中,可以任意调整支撑点和用力的位置,这样就产生不同的应用。

    最基本的杠杆如图2.a,比如跷跷板。图2.b的杠杆,比如镊子。图2.c的杠杆,比如核桃夹子。

    选读:『『杠杆的作用效果计算:

    如图3.a,支点右边木棒长4米,左边1米,在右边放100斤重的物品,则左边可以撬起400斤的物品。实际上,左右两边的(重量x长度)是相等的。当杠杆如图3.b时,支撑点在最左端,右边有100斤放置的长度是5米,则需要500斤向上的力气作用在长度1米的位置。也满足(重量x长度)相等。

    杠杆效果可以累加,比如图3.b,在4米的位置放置125斤的物品。则在1米的位置需要1000斤的力气才能撑住。也就是(1000斤x1米)=(125斤x4米)+(100斤x5米)

    使用杠杆的结果:如图3a,右边的木棒向下移动0.4米,左边的木棒才向上移动0.1米。虽然可以用100斤的力气撬动400斤物品,但是400斤物品的移动距离却是实际用力移动距离的1/4。』』

    事实上说明了一点,天下没有免费的午餐,总是要付出代价。用小的力来移动大重量的物体,代价就是移动距离小。用大的力来移动小重量的物体,效果就是可以移动更大的距离。

    生活中的杠杆:

    确定以下工具的支撑点和两个用力点

    1.啤酒开瓶器,

    2.剪刀

    3.菜市场里面老式的秤。(包括台秤)

    4.筷子

    观察家里面的各种工具,确定有哪些是使用杠杆原理。并找出支撑点和用力点,并分类为图2.abc中的哪一种。

    古代的军事应用:

    1.美洲人使用的标枪投掷器,阿塔阿塔。

    由一根木棒和绳索组成,类似于老式赶马车的鞭子。使用时,人握住木棒的下端,标枪卡在绳索末端的卡子中,用力向前挥动木棒,标枪在最高速时脱离卡子。3万年前的猎人就使用这种方式狩猎。500年以前,在现墨西哥曾存在古代文明阿兹特克,这种投掷器就是其武器之一,标枪可投掷250米。

    在体育比赛中,标枪投掷时,运动员的胳膊就相当于标枪投掷器的绳索,躯干相当于木棒。这种情况下的投掷记录可达100米。

    比较可发现,使用投掷器,杠杆效果很明显,投掷距离增加了1.5倍。

    2.配重式投石器,回回炮

    右边是配重,一般是大量石块。左边是待投掷东西,可以是大型石块(破坏防守工事,城墙)、燃烧物、毒药、污染物(动物尸体,用于制造瘟疫,14世纪蒙古人使用这种方法导致鼠疫流行)。由欧洲经伊斯兰地区传入中国,故称之为回回炮。蒙古人在灭亡中国时,使用这种武器进行攻城。攻击距离一般和杠杆长度成正比,大型的攻击距离可以到300米以上。

    思考:

    1.在什么情况下杠杆无法使用?【当木棒断裂时,杠杆就无法使用。所以木棒要足够结实。支撑点也必须有足够承受能力。】

    2.木棒在那个地方的受力是最大的?【杠杆在使用时,木棒不同区域的受力不同,当支撑点在木棒内部区域时,支撑点处的受力最大。当支撑点在木棒端点时,木棒内部的受力点处受力最大。】

    观察:

    1.在有条件的情况下,观察老式的秤。看秤杆的粗细有什么变化,并思考为什么。

    2.用一次性筷子夹物品,每次都比上一次物品重,当筷子断裂时,观察筷子在何处断裂。

    3.在有条件的情况下,观察载重卡车车厢下面的承重梁是什么形状,思考为什么。

    4.乒乓球和羽毛球,需要发力时都是手腕用力,这样打出去的球速度才快。

    5.人的身体充满了各种杠杆。仰卧起坐,腹肌带动上半躯干运动,组成杠杆系统。后蹬跑,跟腱和脚掌、大腿肌肉和膝盖都组成了杠杆系统。咀嚼时,感受下颌的杠杆系统。仔细观察身体,究竟有多少杠杆系统。

    6.双截棍,和长棍、阿塔阿塔相比较,看看区别。少年大卫的武器,牧羊人投石子的装置,和赶马车人的鞭子的区别。

    全书读完后,尝试一下问题:

    1.在杠杆计算时,忽略的木棒的重量。实际计算时,木棒的重量也要考虑在内,在图3.a中,木棒每米重10斤,左边放置400斤物品,右边要放置多少斤才能撬动?

    2.如果支撑点支撑不住会发生什么情况?比如在图3.a中,支撑点为大块的干土。左边放置400斤物品(忽略木棒重量),在右边开始慢慢增加物品重量,当物品重量增加到50斤时,支撑的干土开始破碎。此刻,杠杆效果由图2.a变成了图2.b的模式,那么干土受力为多少?

    3.杠杆的组合,如何使用2个杠杆,使用100斤向上支撑力来撑住2500斤的物品?

    4.图3.a和3.b中,支撑点受力分别为多少?(有条件的情况下,观察老式秤使用情况,并观察支撑点的使用状况)

    5.考虑木棒重量,每米10斤。那么问题3中的组合杠杆,需要多少斤支撑力才能撑住2500斤?

    梅乐芝经理的科普文章(二)

    第2节弹性

    橡皮筋比较常见,拉开就能感觉到它的收缩力,拉得越开,收缩力越大。弹簧,是另外一种使用很频繁的工具,也有同样效果。

    物体形状发生变化,有一种恢复原形状的趋势,而这种趋势的表现就是弹性。衡量弹性的大小就是弹性力。

    英国人胡可给出了以他名字命名关于弹性的定理,弹性力的大小和形变成比例关系。

    日常生活中,大量存在着弹性的使用。从玩具到乐器,无所不在。因为物体的形变可以有很多形式,对应弹性也表现为很多种形式。以弹簧为例,沿着弹簧的纵向,拉伸或压缩,就产生相应的拉力或弹力。将弹簧扳成弓形,则产生侧向的弯力。像开锁一样扭弹簧,则产生扭力。这些力,都是以恢复原形状的作用方向命名,都可以统一命名为弹性力。

    特别的弹簧:空气,可以大幅度压缩在密闭的空间。当气体压缩后,产生弹力。

    生活中出现的弹性:

    1.简易弹簧秤

    2.席梦思床垫

    3.锁

    4.发卡

    观察生活中出现的各种弹性,并分析对应的弹力是何种情况。

    有条件的情况下,尝试使用细铁丝制作弹簧。在一根圆棒上(比如擀面杖、竹竿,最好是一端稍粗,一端稍细,方便取下铁丝),用细铁丝均匀缠绕,固定较长时间后取下。检验这个弹簧,在什么情况下,可以有效产生弹力,在什么情况下,失去弹性。

    弹性的应用非常早,在狩猎时代,标枪和弓箭是史前时代的最强有力工具,人类借助这些工具配合陷阱,可以战胜力量和速度远胜人类的猛兽。

    古代的军事应用:

    1.弓箭

    弓臂是由弹性好的材料制作,弓拉开后弓臂产生极大的弹力,由弓弦将力传至箭上,使箭获得很大的发射速度。

    弩是弓的变形,有箭的导向板和弦的卡座,由扳机决定发射与否。

    弓的优点:在单位时间内,弓可以射出更多的箭,弓的个头可以做的较小(反曲弓),便于携带,操作便利、灵活,对箭的要求低。更适合地形复杂的丛林、快速移动的骑兵。

    弓的缺陷:弓全凭操作者的臂力,在持续发射30只左右后,弓箭手力气基本耗尽。射击的准确度完全依赖操作者的感觉,要对弓箭手进行长期训练才能合格。

    整体而言,对器具的要求低,对操作者的要求高,适合游牧部落使用。

    弩的优点:操作人员稍做培训即可使用,可以使用腰部力量和腿部力量增加上弦,精度高,威力大。可以小型化作为一次性攻击武器,大型化可以攻击工事、营地。(秦明.蹶张弩、腰开弩,三国.连弩,唐.床弩,宋.神臂弓)。

    弩的缺点:射速慢,对箭的加工精度要求高。本身较大,运输条件要求高,后勤压力大。对器具的要求很高,对操作者的要求低,从制作到维护,文明程度高才能大规模制作使用。(特例:连弩可以持续发射,是古代版的冲锋枪。但威力相对小,对箭的加工精度要求很高。)

    2.投石器

    原理和捕鼠器相同。通常的捕鼠器是由扭力弹簧组成,诱饵触动扳机。投石器依靠扭绞绳索产生力量弹射。弹射杆平时是直立的,杆的顶端是装弹丸的开口容器,杆的下端插在一根扭绞得很紧的水平绳索里。弹射时,先用绞盘将弹射杆拉至接近水平的位置,容器内放进弹丸。松开绞盘绳索时,弹射杆恢复到垂直位置将弹丸射出。

    类似装置有:古希腊投石车、三国霹雳车、北宋旋风炮。自宋开始,火药开始进入军事领域,于是投掷火药包,称之为霹雳炮。并且开始出现原始的火、枪,由火药产生推动力来发生弹丸,称之为突火、枪。砲逐渐过渡到炮。在明时期,神机营就是专业火器营。

    思考:

    1.物体形变后,什么情况下,不产生弹性?【当物体形变后,无恢复原形状的趋势时,将不产生弹性。比如土块。】

    2.铁丝和钢丝的成分主要都是钢,但钢弹性比铁好,实际使用的弹簧都是各种钢制品。【铁丝形变后恢复能力差,也就是说形变稍大,就无法恢复原形状。而钢丝则在形变很大时,还可以保证恢复能力。。】

    3.固体产生弹性,比如弹簧,气体产生弹性,比如气、枪。液体能产生弹性吗?【液体和气体都没有固定形状,在密闭空间中(比如玩具水枪和自行车内胎),液体很难压缩,气体很容易压缩。所以通常情况下,液体无弹性。特殊情况:在物体高速与液体相碰,因为时间非常短,液体来不及移走,并且很难压缩,此刻液体就像固体一样坚硬。高空跳入水中,对人而言,水面就和水泥地面一样效果。高速水流可以切割金属,效果等同于工具钢刀。】

    观察:

    1.如果有高压锅,比较高压锅放气和和气球放气的异同。

    2.检查自制的铁丝弹簧,观察何时有弹性,何时无弹性。

    3.给自行车车胎打气,检查满、半满情况下,骑车的感觉。路况较差的道路上更易体会。

    4.f1赛道内侧,尤其是弯道附近,放满了轮胎外胎。为什么?

    5.体育中的蹦床比赛,观察比赛中运动员的动作和最后结束时动作的差别。

    我们的1654外传:吴厂长的船

    作者为vip读者吴杰

    吴厂长的船(1)第一款纵帆战船

    随着安江船厂双桅纵帆船的热、卖,海安队员们感觉压力不小:在强劲侧顺风时,他们的机帆船有时候甚至没有纵帆商船跑得快!

    基于汉唐众普遍存在的危机感,汉江造船厂适时推出了双桅纵帆战舰--其实这款战船是与双桅纵帆船同期开发的,只不过船厂对军工产品的性能精益求精(或者说吹毛求疵),导致了产品严重滞后于需求。

    新型战船被海安大队亲切地称为"安江级驱逐舰",这是一款漂亮的双桅纵帆船。它体形修长优美、艏艉高挑,甲板上干净利落,除了一米多高半米来厚的胸墙,再没有任何上层建筑。

    相对于商船,安江级驱逐舰加大了船壳厚度,增加了上层甲板,提高了防护能力和结构强度。它的甲板为拱形以方便排水;所有的控帆索具也全部集成到甲板下面,置于其保护之下。

    由于不用追求装载空间和装载重量,它的v型船底非常廋削,水下线型严格遵守流体力学规范来设计,在水下截面积和阻力系数双双减少的情况下,其行驶阻力降低了一半还多。安江级采用水线尖舭设计,又加大了压舱重量,从而增强了稳定性和扶正力矩,使船可以配备更强劲的帆索系统:在实际海试中,安江一号取得了最高16节的成绩,孙大队长对此表示满意。但如此设计不是没有代价的:战船比同样长度级别的商船满载排水量减少了四分之一多,自重却远高于同级商船,导致齐装满员时安全载重量甚至不足50吨。

    控帆索具通过若干滑轮联通到艉楼的驾驶舱,水手通过两只脚踏绞盘控制风帆。驾驶舱中有左右两个联动的舵轮,舵手可以使用上风位的舵轮控制航向,以便不被风帆遮挡视线。出于安全考虑,安江级增加了一只副舵叶,在主舵损坏时仍然可以航行。

    下层甲板中段(舯部)作为作战舱,共装备了四门75mm火炮和两挺手摇加特林机枪(必要时可以加倍)。火力舱左右通透,地板上安置了六条左右方向、带齿条的滑槽导轨:中部四条导轨安装全向旋转炮架,前后各一条导轨安装活动机枪架。战时枪、炮可以全部固定到左侧或右侧炮位输出火力,也可以根据需要分别固定在左右舷侧分配火力。

    左右各六囗炮窗平时用钢板遮盖,枪、炮平时均固定于中轴线附近,强侧风时可以沿导轨推到上风侧固定以平衡船体。

    船用火炮防制于法国1897式75mm速射野战炮,并重新设计了旋转炮座使其可以360度回旋。在原型弹药的基础上减少发射、药量以降低膛压、增加火炮寿命。虽然炮弹初速从500m/s降到400m/s,但是其直瞄射程仍然超过5000m,在本时代足够形碾压效果。

    炮弹有穿甲弹和榴霰弹两种:穿甲弹高爆弹用于攻击掩体,它使用机械延时引信,设计为剧列碰撞后百分之一秒爆炸,木船时代基本上无解。榴霰弹用于对付有生目标,它采用燃烧延时引信,装弹前根据目标距离调整好刻度,发射后在目标前1020米爆发。它爆炸时相当于小型火炮抵近发射霰弹,对无防护生物杀伤巨大。

    海安大队对新舰非常满意,正是海安级的优秀品质促使孙大队长下定决心,提前进行远洋投放训练计划。

    吴厂长的船(2)汉唐需要巡洋舰

    首次远洋投放训练计划圆满结束了,海安队员对安江级驱逐舰赞不绝口。

    安江级的安全性和适航性得到了检验:航行期间遭遇了几次小型风暴,大部分明人船只都受到了不同程度的损伤,还沉没了两艘排水量四五百吨的广船(看来褔船的适航性确实比广船好些)而咱们满载排水量仅220吨的安江级确丝毫未损。

    安江级的航行速度快、转向性能好、火力没话说,所有对咱们有敌意的船只,除了击沉的之外一艘都没跑掉。此次出航他们的两艘战舰(共四艘,台湾海峡留了两艘)就俘获了大量海盗和海盗船,以及大批物资。在经过两次实战之后,孙大队长卑鄙地让一艘战舰拖后,押着大半明人船队和俘获的夹板船躲在视线之外,自己带船混在少量明人船只里面冒充肥羊,引别人来抢,在反抢得手后再用对讲机通知船队前来接收。这一圈下来,几乎所有视线所及的武装商船都被鉴定为海盗船而被汉唐俘虏。你说那是商船?对不起他们向我们开火了,我说那就是海盗。
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