【原创】趣味力学 [ 不爱吱声 ] 于:2008-03-24 15:16:21
“这个世界最令人不解的事情是，它是可以理解的。” -- 爱因斯坦

我们生活着的世界真是丰富多彩，景象万千。


你可曾留意过那蓝色的天空飘荡着白色的云，那巍峨的大山蜿蜒曲折？你可曾赞叹过造物主的力量与灵巧，竟可将这大地折叠得千姿百态。在你赞叹大自然的鬼斧神工之余，你想不想知道这折叠的山脉后边蕴含着什么力学秘密呢？


你曾为你眼角出现的鱼尾纹担心过么？


你曾为放在外面时间长后苹果皮干瘪起皱忧虑过么？


你曾为你手上的指纹好奇过么？你想知道力学家们可以用什么样的数学公式来解释他们么？


你对飞机机翼的设计了解很多么？你知道飞机机翼在怎样的情况下会发生如上图所示的蒙皮起皱现象么？你想知道力学家们是怎样解决这些让人头疼的工程问题的么？


当我们把所有这些现象放在一起，聪明的你发现他们有哪些共同特点了么？

我想你一定发现了，原来不管是山脉也好，鱼尾纹也好，飞机翅膀也好，他们都在表面产生了皱褶．不同的是这些皱褶之间有些间隔的长了点，有些间隔的短了点．不妨跟我来大概估算一下，山脉的不同皱褶之间间隔可以达到公里的量极；飞机的机翼皱褶间隔大概是分米的量级；而让女儿发愁的鱼尾纹也好，干瘪的苹果皮也好，大家的指纹也好，他们的皱褶间隔大概只有毫米的量级了．

那好，你再想想还有其他的共同点么？我提醒你，别光看现象，也看看他们的材料组成有什么共同点．

你发现了么？原来他们都不是一种材料构成的，是分层的机构．在表面有一层薄薄的表皮，而表皮下面那层比较厚的却是不同材料构成的．不信？那让我们一起来看，山脉大地是不是有相对薄的地壳(Earth crust)包着很厚很厚的地幔（Earth mantle)?我们的皮肤是不是在很薄的表皮下面是厚厚的真皮与皮下组织呢？苹果是不是苹果皮包着苹果肉呢？飞机机翼大家了解的话，实际上也是复合结构，外面一层蒙皮，下面是一层多孔结构．这些是结构的几何特点，大家应该不难理解，肯定是一看就知．

但是一位力学家除了考虑结构的几何，还要考虑材料特性．而所有上面这些你说结构也好，复合材料也好，他们还有共同的材料特性就是表皮硬，底层软．当你了解了这些，我可以告诉你，我下面要谈论的是一大类力学问题，我们给它起个名词叫＂wrinkling"(起皱现象）或者叫＂surface wrinkling"（表面起皱）.这类问题的应用很广泛，你可以在很多地方都找到它的身影，而相关的最基本的力学原理却并不复杂，大家有兴趣知道么？

视得花情况，明天接着说．．．
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