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日常生活中的物理知識

（一）挑重?fù)?dān)的人走路為什么像小跑步

人在步行的時候,是左右腳交替著向前的,如果說得正確些,人的步行可以認(rèn)為是一個接替一個跌倒動作.人在站立不動的時候,從人體重心引下的垂直線,總是在兩腳形成的面積里,這叫做處于站立時的平衡狀態(tài).人在起步向前的時候,總是身體先向前傾,使從人體重心引下的垂直線越出底面,形成向前傾跌的趨勢,接著立刻把后腳跨向前來維持新的平衡.所以我們說,一步一步地向前走,就是作一次一次的向前傾跌.這種傾跌趨勢,跟人體的重量和跨出步子的大小是有關(guān)的.向前傾跌的趨勢越厲害,邁出的那只腳,在著地時與地面沖擊得越重,這樣不但人要感到吃力,步子也不容易跨穩(wěn).挑著重?fù)?dān)走路,等于人體的重量突然增加了許多,向前移步時的傾跌趨勢就很厲害.縮小跨出的步子,可以適當(dāng)減小這種傾倒趨勢；迅速邁（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）出后腳,可以防止真的跌倒.因此挑重?fù)?dān)的人,走路的步子總是又小又急,這就成了小跑步了.還有,挑重?fù)?dān)時步子短促,可以使速度均勻,這樣擔(dān)子也可以勻速地跟著人向前移動.如果步子又大又慢,擔(dān)子就產(chǎn)生擺而不好挑

（二）車中的光學(xué)知識

1．汽車駕駛室外面的觀后鏡是一個凸鏡利用凸鏡對光線的發(fā)散作用和成正立、縮小、虛像的特點,使看到的實物小,觀察范圍更大,而保證行車安全.

2． 汽車頭燈里的反射鏡是一個凹鏡它是利用凹鏡能把放在其焦點上的光源發(fā)出的光反射成為平行光射出的性質(zhì)做成的.

3． 汽車頭燈總要裝有橫豎條紋的玻璃燈罩汽車頭燈由燈泡、反射鏡和燈前玻璃罩組成.根據(jù)透鏡和棱鏡的知識,汽車頭燈玻璃罩相當(dāng)于一個透鏡和棱鏡的組合體.在夜晚行車時,司機(jī)不僅要看清前方路面的情況,還要還要看清路邊持人、路標(biāo)、岔路口等.透鏡和棱鏡對光線有折射作用,所以燈罩通過折射,根據(jù)實際需要將光分散到需要的方向上,使光均勻柔和地照亮汽車前進(jìn)的道路和路邊的景物,同時這種散光燈罩還能使一部分光微向上折射,以便照明路標(biāo)和里程碑,從而確保行車安全.

4．轎車上裝有茶色玻璃后,行人很難看清車中人的面孔

茶色玻璃能反射一部分光,還會吸收一部分光,這樣透進(jìn)車內(nèi)的光線較弱.要看清乘客的面孔,必須要從面孔反射足夠強(qiáng)的光透射到玻璃外面.由于車內(nèi)光線較弱,沒有足夠的光透射出來,所以很難看清乘客的面孔.

5． 除大型客車外,絕大多數(shù)汽車的前窗都是傾斜的

當(dāng)汽車的前窗玻璃傾斜時,車內(nèi)乘客經(jīng)玻璃反射成的像在國的前上方,而路上的行人是不可能出現(xiàn)在上方的空中的,這樣就將車內(nèi)乘客的像與路上行人分離開來,司機(jī)就不會出現(xiàn)錯覺.大型客車較大,前窗離地面要比小汽車高得多,即使前窗豎直裝,像是與窗同高的,而路上的行人不可能出現(xiàn)在這個高度,所以司機(jī)也不會將乘客在窗外的像與路上的行人相混淆.

（三）輪胎的花紋

你一定注意到汽車、自行車等橡膠輪胎上都有凸凹不平的花紋.加這些花紋,目的是增加輪子與地面間的摩擦力,防止輪子在地面打滑.早在1892年前后,人們制造車輪時就開始在輪胎上加花紋了,當(dāng)時的花紋都很簡單,隨著車輛速度、載重量的提高,路面的改進(jìn),輪胎花紋也在不斷變化 ,以適應(yīng)新的要求.現(xiàn)在的輪胎花紋大致分為通用、高越野性和聯(lián)合式花紋三大類.而它們的幾何形狀有縱向直線、橫向直線、斜線、塊形和混合式等五種,各種花紋適合不同的行駛情況.例如,公共汽車輪胎上常見的是縱向直線型和鋸齒型花紋,適合在硬性路面上行駛,可以消除噪聲,也稱無聲花紋.車輛在荒野及松軟土地上行駛,適宜使用高越野花紋,它塊大、溝深,行駛時不容易陷在溝里,卻很能"啃泥",使輪子不打滑,拖拉機(jī)、起重機(jī)常在較疏松的泥地行駛,特別適合選用這類花紋的輪胎.聯(lián)合式花紋輪胎適應(yīng)性強(qiáng),既能在硬性路面上行駛又可在松軟路面上行駛,甚至可以在冰雪路面上行駛,因此使用最為廣泛.

(四)其他

1.鋼琴弦問題.

鋼琴的發(fā)聲原理,在敲擊琴鍵時,會有小錘打在后面的琴弦上,弦上產(chǎn)生駐波,發(fā)出聲音.如果敲擊位置在琴弦整數(shù)分之一長度處,那么音色會很難聽,比如擊打琴弦長度1/n處,那么N次諧波振動會消失.所以通常小錘打在琴弦1/7-1/8長度處.

此外.為什么鋼琴比琵琶顯得音色豐富.求解波動方程,把鋼琴的“擊錘”和二胡的“撥弦”作為偏微分方程邊界條件,就可以算出來,鋼琴的高次音頻是平方衰減,而琵琶是四次方衰減.

2.為什么鴕鳥不會飛.很多人以為鴕鳥如果翅膀成比例增大,就會飛了.其實不然.這是由于會飛需要的升力,并不是與物體大小成正比例關(guān)系.由此也可以說明為什么大型鳥類上升都需要上升氣流,或者滑翔俯沖,而小鳥一飛就行.

同理,假設(shè)人像老鼠那么大,那么從相對于那個小人的好幾層樓的高度跳下來,也不會受傷.所以不必佩服老鼠什么的,如果人體積變小,一樣會的.這是由于單位面積提供的支持力并不同.

由此,這是物理的最基本概念之一,就是幾何相似,未必物理相似.

3.眼鏡小實驗.

戴上眼鏡,對著一個物體看,固定眼睛和物體的距離,就是頭不要移動.

慢慢摘下眼鏡,再透過鏡片看物體,然后挪動眼鏡,逐漸遠(yuǎn)離自己,你會發(fā)現(xiàn)：

鏡片里的物體的像,先變小后變大.像最小的時候,距離恰好是你眼睛到物體的距離的中點.

初中知識就可以做定量計算解釋這個現(xiàn)象.這是由于眼睛看東西大小并不是物體本身大小,也不是距離.而是物體對眼睛的張角所決定的.模態(tài)頻率和什么有關(guān)

所有東西都會振動，并且我們對許多振動源都熟悉，例如：

樂器

乘坐輪胎失去平衡的汽車

飛行員加速時引擎時飛機(jī)發(fā)出嗡嗡聲

當(dāng)火車通過時腳下的振動

延長的振動對結(jié)構(gòu)、車輛及其他類型的機(jī)械有害無益。它也往往是不可避免的。如不加約束的話，振動可能導(dǎo)致最終的金屬疲勞和零件或結(jié)構(gòu)失效。振動與頻率有關(guān)。實質(zhì)上，振動涉及重復(fù)的運動。每個完整的運動序列稱為一個循環(huán)。頻率是指給定時間周期內(nèi)的循環(huán)次數(shù)。每秒一次循環(huán)等于 1 赫茲。

結(jié)構(gòu)的固有頻率受從應(yīng)用載荷產(chǎn)生的拉伸或壓縮應(yīng)力影響。出于此原因，Autodesk Fusion 360 包含了一個“計算預(yù)載模式”選項。當(dāng)未激活該選項時，將會忽略應(yīng)用模式的影響。

什么是模態(tài)頻率？

當(dāng)結(jié)構(gòu)受到施加的力、加速度或位移的激勵時，會呈現(xiàn)多個固有頻率的振動。結(jié)構(gòu)按照特定固有頻率移動的方式稱為振型。振型可能包含彎曲、扭曲、拉伸和壓縮或這些效應(yīng)的組合。有幾種類型的模態(tài)頻率，如下所示：

剛體模態(tài)：在全局方向上振蕩運動（特別是平動）或者繞全局軸轉(zhuǎn)動。只有模型在一個或多個方向上未受約束時，才會發(fā)生這些模態(tài)。模型不會變形，它只會相對于其原始位置移動。有時，約束可防止結(jié)構(gòu)以任何可能的振型振動。因此，對未受約束的模型運行模態(tài)分析很有用，但剛體模態(tài)通常沒有意義。

基本模態(tài)：首次（最低頻率）模態(tài)（不包括剛體模態(tài)）。例如，當(dāng)有人站在跳水板的外側(cè)端時跳水板的振型與首次基本振動模式類似：

?

諧波模態(tài)：通常是多個基本模態(tài)之一。諧波振型比基本模態(tài)復(fù)雜，并且具有更多的拐點。再回到我們的跳水板示例，下面是基本振動模式的二次諧波圖。沿長度方向（深藍(lán)色）有兩個拐點，不包括跳水板的錨固端：

?

對于一種模態(tài)，可能只是上下運動。然后，簡單的側(cè)到側(cè)或前到后的運動可能以更高的頻率發(fā)生。在這些簡單的基本模態(tài)之間，我們可能會發(fā)現(xiàn)一個或多個諧波振動模式。因此，對于每個接連（更高頻率）的模態(tài)，振型不一定變得更復(fù)雜。但是，總趨勢是，隨著振動頻率的增加，振型變得更復(fù)雜。

以下因素會影響固有頻率和振型：

結(jié)構(gòu)的形狀

結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及質(zhì)量的分布情況

結(jié)構(gòu)受約束的方式

材料和結(jié)構(gòu)的剛度

應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的拉伸或壓縮載荷

考慮鋼琴、吉他或小提琴的琴弦。琴弦的質(zhì)量越大，振動頻率越低。反之，琴弦的張力越大，振動頻率越高。最強(qiáng)有力的振動是首次基本模態(tài)（或基礎(chǔ)頻率），在該模態(tài)之下，琴弦將以簡單的圓弧振型來回移動。對于首次諧波模態(tài)，琴弦的振型變?yōu)?S 曲線。即，在長度的中間有一個拐點，一半的琴弦部分在相反方向上移動。當(dāng)較高頻率的振動疊加在較低頻率的模態(tài)上時，將會出現(xiàn)泛音。

為什么要執(zhí)行模態(tài)頻率分析？

當(dāng)電動機(jī)等電源產(chǎn)生連接結(jié)構(gòu)自然振動的頻率時，會發(fā)生嚴(yán)重后果。當(dāng)某個東西以固有頻率受到激勵，則會放大振動。這種現(xiàn)象稱為共振。當(dāng)振動引起物體的共振時，除非將零件設(shè)計為足以承受該應(yīng)力，否則會發(fā)生破壞性情況。

工程師在進(jìn)行設(shè)計時必須避免機(jī)器常規(guī)操作產(chǎn)生共振。這是模態(tài)頻率分析的主要目的。理想情況下，第一模態(tài)的頻率高于任何潛在的驅(qū)動頻率。或者，運行速度下的驅(qū)動頻率可能超過固有頻率。在這種情況下，設(shè)計必須能夠承受當(dāng)機(jī)器加速到運行速度時發(fā)生的瞬間共振。

對于某些特殊情況，工程師可能需要設(shè)計產(chǎn)生共振。超聲清洗器是此類設(shè)備的一個示例。為了最大限度地降低使機(jī)器振動所需的功率并最大程度地提高振幅，請以其固有頻率激勵結(jié)構(gòu)。

無論您的目標(biāo)是要避免固有頻率還是達(dá)到固有頻率，模態(tài)頻率仿真都是設(shè)計過程中的一個關(guān)鍵什么是諧波，總諧波畸變率，諧波含有率

諧波是一個周期性電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍（諧波也是周期性正弦波，只是和基波的頻率不一樣）；

總諧波畸變率和諧波含有率是對諧波的度量。

總諧波畸變率（包括諧波電壓畸變率和諧波電流畸變率）是用來描述畸變波形偏離正弦波形的程度。公式描述為：總諧波電壓（電流）有效值除以基波電壓（電流）有效值。

諧波含有率（包括諧波電壓含有率和諧波電流含有率）用來描述某一次諧波有效值占基波電壓（電流）有效值的百分比，公式描述為：某次諧波電壓（電流）有效值除以基波電壓（電流）。

若該系統(tǒng)只含有一個頻次的諧波，那么該系統(tǒng)的諧波畸變率就等于諧波含有率。