你记不得那托马斯克什么的解释了吗?


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送交者: JFF 于 2010-01-06, 20:14:02:

回答: 不一样 由 gyro 于 2010-01-06, 17:13:06:

我们一个问题一个问题来说。

1)设拉断一根丝线需要N牛顿力。 把K根丝线最简单的并列起来-平行不拧,没长短不齐的问题,这就是最简单最理想化的绳子-K根钎维的简单叠加。拉断这根绳子的力就是简单的线性叠加:K*N 牛顿。理所当然。在这里每根丝线的伸长一样。

2)设弯曲(比如用某个曲率半径来衡量)一根丝线需要M牛顿。米的力矩。不妨用一根头发或铁丝做个实验。把K根丝线最简单的并列起来-平行不拧,没长短不齐的问题,这就是最简单最理想化的一束筷子-K根钎维的简单叠加。弯曲(同样的曲率半径)
束筷子所需的力矩等于K*M 牛顿。米。理所当然。在这里每根丝线的弯曲的曲率半径接近相等。曲率半径相差个千分之几弯的人你也感觉不到,因为弯矩和曲率成正比。即弯矩也就千分之几。
这就是自行车的软锁。

3)如果把2)变成一个整体,弯曲时每根丝线的曲率半径肯定不同:外圈的比内圈的大!内外圈曲率半径的差别本身不是问题,
即使差1%,那么弯矩也就差1%。问题是,为了保证这个曲率半径的差别,外圈的丝线要被相应地拉长(内圈的丝线要被相应地压短)!!由于整体中每根丝线的之间的相对位置不能变:即不能分离或嵌入。所以,只能搞拉长或压短。而拉长0.1%丝线的力是巨大的!。这就是整体抗弯能力强的原因。
回过头来看2, 它们的丝线相互之间的相对位置很容易变化-互相没有约束,不能嵌入但可以分离。其实只要很小很小一点相对位移(通常小于千分之一)。换句话说,它们的丝线在弯曲时不被拉长或压短!

4)拧起来的绳子,丝线之间可以连相对分离的位移都不用,因为它们又走内圈又走外圈,这就是你说的那个托马斯克什么的。

5)关键点:整体中,丝线要变长或变短!而松散捆在一起的丝线弯曲时不需要要变长或变短-这太吃力,它们避难就易,把自己弯的形状稍微调整一下-要变化曲率换取变长或变短。 这个后果是使得丝线相对位置要发生变化。尽管量很小,小于千分之一的应变而已。但在组织严密的整体中,一丝一毫的丝线相对位置变化都无法产生-否则,就是分离或嵌入这术语叫变形协调条件或几何连续条件。而一束丝线的乌合之众被弯曲时,丝线之间的
变形是不协调的。小于千分之一的应变太小,你看不出罢了。

6)整体结构弯曲的本质还可以归结为单根丝线的拉伸或压短。

7)弯曲一根丝线:曲率半径正比于 I/M。
其中M是弯矩,I 是丝线横截面的惯性摸量。比如,边长为a的正方形的横截面,I = a**4/12. 非线性就在这a**4里!

可能有点啰嗦和零乱,但要点都谈到了。




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