大學(xué)物理在生活中的應(yīng)用

1、大學(xué)物理在生活中的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)1502班 15112006 董瀟蔓引言我們每個(gè)人時(shí)時(shí)刻刻都在不自覺(jué)地運(yùn)用物理知識(shí)。并且，物理學(xué)與我們的生活聯(lián)系最為緊密，物理現(xiàn)象大量的存在于我們周?chē)?，如雨后天晴的彩虹，湖水沸騰等。 都可以從物理知識(shí)中得到答案。因此，我們要充分了解物理是源于生活也是解決生活問(wèn)題的基本工具。運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決生活中的問(wèn)題，這能夠增加我們的感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)生活實(shí)際的聯(lián)系。物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法的自然科學(xué)。在現(xiàn)代，物理學(xué)已經(jīng)成為自然科學(xué)中最基礎(chǔ)的學(xué)科之一。 物理是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的科學(xué)，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活有著極為密

2、切的聯(lián)系。物理規(guī)律本身就是對(duì)自然現(xiàn)象的總結(jié)和抽象。它與我們的生活息息相關(guān)，密不可分！ 關(guān)鍵詞：生活物理，物理應(yīng)用，楊氏模量正文在大學(xué)物理課程上，我們做了眾多物理實(shí)驗(yàn)，然而今天就由我來(lái)介紹一下彈性模量，和它在生活中的應(yīng)用。彈性模量Elastic Modulus，又稱(chēng)彈性系數(shù)，楊氏模量。如今，隨著科技的不斷發(fā)展，彈性模量變成了工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀(guān)角度來(lái)說(shuō)，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀(guān)角度來(lái)說(shuō)，則是原子、離子或分子之間鍵合強(qiáng)度的反映。凡影響鍵合強(qiáng)度的因素均能影響材料的彈性模量，如鍵合方式、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀(guān)組織、溫度等。在日常生活中，彈性模量的應(yīng)用與測(cè)量在許多

3、領(lǐng)域有重要的作用，就好像混凝土的彈性模量如果不夠，使建筑變形而不能正常使用，就很容易發(fā)生事故造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至人員傷亡。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)得的楊氏模量，它是沿縱向的彈性模量，也是材料力學(xué)中的名詞。1807年因英國(guó)醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯·楊(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的結(jié)果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱(chēng)為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個(gè)物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。楊氏彈性模量是選定機(jī)械零件材料的依據(jù)之一，是工程技術(shù)設(shè)計(jì)中常用的參數(shù)。楊氏模量的測(cè)定對(duì)

4、研究金屬材料、光纖材料、半導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，還可用于機(jī)械零部件設(shè)計(jì)、生物力學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。測(cè)量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動(dòng)法、內(nèi)耗法等，還出現(xiàn)了利用光纖位移傳感器、莫爾條紋、電渦流傳感器和波動(dòng)傳遞技術(shù)（微波或超聲波）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法測(cè)量楊氏模量。但是由于我們學(xué)校資源有限，只能用拉伸法來(lái)測(cè)量楊氏模量。楊氏模量的量綱同壓力，在SI單位制中，壓力的單位為Pa也就是帕斯卡。但是通常在工程的使用中，因各材料楊氏模量的量值都十分的大，所以常以百萬(wàn)帕斯卡（MPa）或十億帕斯卡（GPa）作為其單位。·  (1牛頓每平方毫米為1

5、MPa)·  (1千牛頓每平方毫米為1GPa)楊氏模量測(cè)試方法的介紹一般分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。動(dòng)態(tài)法有脈沖激振法、聲頻共振法、聲速法等。脈沖激振法：通過(guò)合適的外力給定試樣脈沖激振信號(hào)，當(dāng)激振信號(hào)中的某一頻率與試樣的固有頻率相一致時(shí)，產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅最大，延時(shí)最長(zhǎng)，這個(gè)波通過(guò)測(cè)試探針或測(cè)量話(huà)筒的傳遞轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)送入儀器，測(cè)出試樣的固有頻率，由公式 計(jì)算得出楊氏模量E。特點(diǎn)：國(guó)際通用的一種常溫測(cè)試方法； 信號(hào)激發(fā)、接收結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試測(cè)試準(zhǔn)確、直觀(guān)。聲頻共振法：指有聲頻發(fā)生器發(fā)送聲頻電信號(hào)，由換能器轉(zhuǎn)換為振動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)試樣，再由換能器接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，分析此信號(hào)與發(fā)生器信號(hào)在示波

6、器上形成的圖形，得出試樣的固有頻率f，由公式E=C1·w·f得出試樣的楊氏模量。特點(diǎn)： - 聲頻發(fā)生器、放大器等組成激發(fā)器；- 換能器接收信號(hào)，示波器顯示信號(hào)；-李薩如圖形判斷試樣固有頻率。缺點(diǎn)：- 激發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必要時(shí)激發(fā)器需要與試樣表面耦合，操作不方便；- 示波器數(shù)據(jù)處理及顯示單一；- 可能存在多個(gè)李薩如圖形，易誤判；- 該方法不方便用于高溫測(cè)試。聲速法：由信號(hào)發(fā)生器給出超聲信號(hào)，測(cè)試信號(hào)在試樣中的傳播時(shí)間，得出該信號(hào)在試樣中的傳播速度，由公式E=·計(jì)算得試樣楊氏模量。特點(diǎn)：-超聲波發(fā)生器及換能器組成激發(fā)系統(tǒng)；- 換能器轉(zhuǎn)換信號(hào)；- 測(cè)試超聲波在試樣兩平行面

7、的傳播時(shí)間差，計(jì)算聲速。缺點(diǎn)：- 激發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必要時(shí)激發(fā)器需要與試樣表面耦合，操作不方便；- 時(shí)間差的信號(hào)處理點(diǎn)容易引入誤差，只能得出近似楊氏模量；- 該方法不方便用于高溫測(cè)試。靜態(tài)法靜態(tài)法是指在試樣上施加一恒定的彎曲應(yīng)力，測(cè)定其彈性彎曲撓度，或是在試樣上施加一恒定的拉伸（或壓縮）應(yīng)力，測(cè)定其彈性變形量；或根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變計(jì)算彈性模量。特點(diǎn)：- 國(guó)內(nèi)采用的方法，國(guó)內(nèi)外耐火行業(yè)目前還沒(méi)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；- 獲得材料的真實(shí)變形量 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。缺點(diǎn)：試樣用量大；準(zhǔn)確度低；不能重復(fù)測(cè)定。這個(gè)裝置圖就是類(lèi)似我們實(shí)驗(yàn)室用的裝置。因?yàn)樽鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候很多時(shí)候存在誤差，所以我們采用逐差法有效地減小隨機(jī)誤差的影

8、響，也可以部分地消除儀器的系統(tǒng)誤差，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，金屬絲下面吊掛的重物質(zhì)量是逐次等量上調(diào)的，因此使用逐差法可以有效利用多次測(cè)量的數(shù)據(jù)，利用多個(gè)數(shù)據(jù)差的平均來(lái)部分消除誤差的影響楊氏模量的大小取決于材料的組成。舉例來(lái)說(shuō)，大部分金屬在合金成分不同、熱處理在加工過(guò)程中的應(yīng)用，其楊氏模量值會(huì)有5或者更大的波動(dòng)。正如以下的很多材料的楊氏模量值非常接近。楊氏模量與如此多的材料都息息相關(guān)，不管楊氏模量大或者小都有他的好處。就如楊氏模量大，即使單位面積上承受很大的力也不會(huì)彎曲變形，強(qiáng)力不會(huì)拉伸這種材料，壓力也不會(huì)壓縮這種材料。就比如天然金剛石，因?yàn)樗臈钍夏Ａ窟_(dá)1000GPa，所以它被人們做成刀具等，抗形變能力

9、強(qiáng)，耐用。超級(jí)鋼因?yàn)槠錀钍夏Ａ糠浅４螅粦?yīng)用于造船、建筑、橋梁等行業(yè)，來(lái)替代傳統(tǒng)的普通板材具有良好的前景。高強(qiáng)度船板可以增加載貨量；低成本、高性能橋梁板有利于橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使橋梁更加堅(jiān)固耐用。在中國(guó)，超級(jí)鋼大有用武之地。楊氏模量的應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們身邊的各個(gè)領(lǐng)域。還有一些楊氏模量很低的新型材料，例如固態(tài)的二甲基硅氧烷為一種硅膠，無(wú)毒、疏水性（hydrophobic）和防水性，惰性物質(zhì)，且為非易燃性、透明彈性體。二甲基硅氧烷的制程簡(jiǎn)便且快速，材料成本遠(yuǎn)低于硅晶圓，且其透光性良好、生物相容性佳、易與多種材質(zhì)室溫接合、以及因?yàn)榈蜅钍夏Ａ浚╕oungs modulus）導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)高彈性（structural flexibility）