大學物理在生活中的應用

1、.大學物理在生活中的應用物聯(lián)網(wǎng)1502班 15112006 董瀟蔓引言我們每個人時時刻刻都在不自覺地運用物理知識。并且，物理學與我們的生活聯(lián)系最為緊密，物理現(xiàn)象大量的存在于我們周圍，如雨后天晴的彩虹，湖水沸騰等。 都可以從物理知識中得到答案。因此，我們要充分了解物理是源于生活也是解決生活問題的基本工具。運用所學知識，解決生活中的問題，這能夠增加我們的感性認識，增強生活實際的聯(lián)系。物理學是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學。在現(xiàn)代，物理學已經(jīng)成為自然科學中最基礎的學科之一。 物理是一門實用性很強的科學，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活有著極為

2、密切的聯(lián)系。物理規(guī)律本身就是對自然現(xiàn)象的總結和抽象。它與我們的生活息息相關，密不可分！ 關鍵詞：生活物理，物理應用，楊氏模量正文在大學物理課程上，我們做了眾多物理實驗，然而今天就由我來介紹一下彈性模量，和它在生活中的應用。彈性模量Elastic Modulus，又稱彈性系數(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)，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強度的反映。凡影響鍵合強度的因素均能影響材料的彈性模量，如鍵合方式、晶體結構、化學成分、微觀組織、溫度等。在日常生活中，彈性模量的應用與測量在許

3、多領域有重要的作用，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)濟損失，甚至人員傷亡。我們在實驗中測得的楊氏模量，它是沿縱向的彈性模量，也是材料力學中的名詞。1807年因英國醫(yī)生兼物理學家托馬斯·楊(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的結果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應力與應變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質的一個物理量，僅取決于材料本身的物理性質。楊氏模量的大小標志了材料的剛性，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械零件材料的依據(jù)之一，是工程技術設計中常用的參數(shù)。楊氏模量的測定

4、對研究金屬材料、光纖材料、半導體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學性質有著重要意義，還可用于機械零部件設計、生物力學、地質等領域。測量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動法、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傳遞技術（微波或超聲波）等實驗技術和方法測量楊氏模量。但是由于我們學校資源有限，只能用拉伸法來測量楊氏模量。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

5、1MPa)·  (1千牛頓每平方毫米為1GPa)楊氏模量測試方法的介紹一般分為靜態(tài)法和動態(tài)法。動態(tài)法有脈沖激振法、聲頻共振法、聲速法等。脈沖激振法：通過合適的外力給定試樣脈沖激振信號，當激振信號中的某一頻率與試樣的固有頻率相一致時，產(chǎn)生共振，此時振幅最大，延時最長，這個波通過測試探針或測量話筒的傳遞轉換成電訊號送入儀器，測出試樣的固有頻率，由公式 計算得出楊氏模量E。特點：國際通用的一種常溫測試方法； 信號激發(fā)、接收結構簡單，測試測試準確、直觀。聲頻共振法：指有聲頻發(fā)生器發(fā)送聲頻電信號，由換能器轉換為振動信號驅動試樣，再由換能器接收并轉換為電信號，分析此信號與發(fā)生器信號在示

6、波器上形成的圖形，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： - 聲頻發(fā)生器、放大器等組成激發(fā)器；- 換能器接收信號，示波器顯示信號；-李薩如圖形判斷試樣固有頻率。缺點：- 激發(fā)器結構復雜，必要時激發(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；- 可能存在多個李薩如圖形，易誤判；- 該方法不方便用于高溫測試。聲速法：由信號發(fā)生器給出超聲信號，測試信號在試樣中的傳播時間，得出該信號在試樣中的傳播速度，由公式E=·計算得試樣楊氏模量。特點：-超聲波發(fā)生器及換能器組成激發(fā)系統(tǒng)；- 換能器轉換信號；- 測試超聲波在試樣兩平行

7、面的傳播時間差，計算聲速。缺點：- 激發(fā)器結構復雜，必要時激發(fā)器需要與試樣表面耦合，操作不方便；- 時間差的信號處理點容易引入誤差，只能得出近似楊氏模量；- 該方法不方便用于高溫測試。靜態(tài)法靜態(tài)法是指在試樣上施加一恒定的彎曲應力，測定其彈性彎曲撓度，或是在試樣上施加一恒定的拉伸（或壓縮）應力，測定其彈性變形量；或根據(jù)應力和應變計算彈性模量。特點：- 國內(nèi)采用的方法，國內(nèi)外耐火行業(yè)目前還沒制定相應的標準；- 獲得材料的真實變形量 應力-應變曲線。缺點：試樣用量大；準確度低；不能重復測定。這個裝置圖就是類似我們實驗室用的裝置。因為做實驗的時候很多時候存在誤差，所以我們采用逐差法有效地減小隨機誤差的

8、影響，也可以部分地消除儀器的系統(tǒng)誤差，在這個實驗中，金屬絲下面吊掛的重物質量是逐次等量上調(diào)的，因此使用逐差法可以有效利用多次測量的數(shù)據(jù)，利用多個數(shù)據(jù)差的平均來部分消除誤差的影響楊氏模量的大小取決于材料的組成。舉例來說，大部分金屬在合金成分不同、熱處理在加工過程中的應用，其楊氏模量值會有5或者更大的波動。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，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彎曲變形，強力不會拉伸這種材料，壓力也不會壓縮這種材料。就比如天然金剛石，因為它的楊氏模量達1000GPa，所以它被人們做成刀具等，抗形變能

9、力強，耐用。超級鋼因為其楊氏模量非常大，而被應用于造船、建筑、橋梁等行業(yè)，來替代傳統(tǒng)的普通板材具有良好的前景。高強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構的優(yōu)化設計，使橋梁更加堅固耐用。在中國，超級鋼大有用武之地。楊氏模量的應用已經(jīng)滲透到我們身邊的各個領域。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，無毒、疏水性（hydrophobic）和防水性，惰性物質，且為非易燃性、透明彈性體。二甲基硅氧烷的制程簡便且快速，材料成本遠低于硅晶圓，且其透光性良好、生物相容性佳、易與多種材質室溫接合、以及因為低楊氏模量（Youngs modulus）導致的結構高彈性（structural flexibility）等，