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不简单的形状学

2019-09-07 07:50  来源: 新华网

每个物体都有其特殊的形状。有些是天然而成,有些是人为而成,每种形状却有它的合理性,这其中也蕴含着不少科学道理。

 

 

门之所以做成长方形,是因为在制作和安装过程中既方便,又能达到节省空间和材料的目的,最主要的是适合通行。而山洞的隧道门大多是圆拱形,类似于拱桥一般,主要是为了分散上方的压力,防止塌陷。

家中普通电灯泡的形状多为梨形,这种电灯泡的灯丝采用金属钨制成,通电后灯丝迅速升温,温度高达2500℃以上。如此高温下金属钨会发生升华,些许金属钨的微粒便脱离灯丝表面飞散出来,很容易附着在灯泡内壁上。一段时间后,灯泡内壁被金属钨逐渐遮盖,颜色变黑,光透过性变差,亮度逐渐降低。而研究证明,气体对流是自下而上的,研究人员据此原理,将灯泡设计成梨形,并将少量惰性气体注入灯泡内。如此,灯泡内的惰性气体发生对流时,大部分升华后的金属钨微粒会被惰性气体卷到上方,最终附着在灯泡的颈部,保持了灯泡主体部分玻璃的透明度,使灯泡亮度不受影响。

螺丝帽形状以正多边形居多,而最常见的是正六边形。六角螺帽的设计是出于在力学与工程学上的考虑,在实际的应用当中讲究的是对边平行性。螺帽边的数量决定了旋转角度,6边即需要扭动60度换手,4边即需要扭动90度换手。从制造工艺上来说,6边形螺帽的工艺相对简单,不仅节约原材,同时还能保持使用性能。从实际使用上来说,6边形螺帽稳定性最好,可操作空间也小,在狭小的操作空间中也容易扭动。

运动场上的跑道设计也是极为讲究,中间长且直,而两头呈半圆。若跑道全是直的,对运动场的选地会有较大限制,且不适合长跑比赛;若跑道为一个圆形,运动员要一直改变行进方向,速度无法提升,影响运动员的发挥水平,所以才会设计成中间长、两边半圆的形状。另外,跑道设计在内场还能容纳一个较大面积的区域,可以设置标枪、铁饼、跳高、跳远等各种运动场地,区域较大的话还可容下一个足球场。

某些动物的身体和行为也非常符合形状学。例如猫在冷天时常缩作一团,像球一样,如此与空气的接触面积最小,减少体内热量散失。海豚的形态属于流线型结构,头圆尾尖,皮肤光滑,有利于减小其在水中的游动时的阻力。因此,人们在设计一些交通工具时也借鉴了这样的形态,比如飞机。

大千世界,有些东西的形状看似平淡无奇,但在遵循设计美学的同时,也是科学的产物。

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作者: 夏爱兰   [责任编辑: 李浩]