德國有一句俗語說;“大自然很關心,不讓樹木長高到天頂”。讓我們來看一下,這個“關心”是怎樣做到的。
設有能夠牢牢地支持著本身重量的一株樹幹,並假設它的長度和直徑的尺寸都增加到100倍。這時候樹幹的體積就增加到1003倍,就是1000000倍,同時重量也增加到同樣的倍數。樹幹的抗壓力是跟截麵積成正比的,隻增加到1002倍,就是10000倍。因此每1平方厘米的樹幹截麵上這時候要受到100倍的負載。顯然,樹幹如果增加到這麼高,隻要它的幾何形狀始終跟原來相似,這株樹就要被自己的重量所壓壞。高大的樹木要想保持完整,它的粗細對高度的比就應該比低的樹木大。但是加粗的結果樹的重量當然也隨之增加,也就是說,又要增加樹的下部所承受的負載。因此,大樹應該有一個極限高度,超過了這個高度樹就會給壓壞。這就是樹木“不長高到天頂”的道理。
麥稈有不尋常的強度,這也很使我們感到驚奇。例如,拿黑麥來說,麥稈隻有3毫米粗細,卻高到1.5米。在建築技術上最細最高的建築物是煙囪,它的平均直徑5.5米,高度達到140米。這個高度一般隻是直徑的26倍,但是在黑麥稈的情形,這個比值竟等於500。當然,這裏不應該得出結論,認為大自然的產物要比人類技術的產物完善得多。計算證明(算式很複雜,這裏不列出了),假如大自然要按照黑麥稈的條件造出一個高140米的管子,它的直徑也應該在3米左右;隻有這樣這個管子才跟黑麥稈有一樣的強度,這跟人類技術所做到的並沒有很大的差別。
植物在增加高度的時候,它的粗細就要不成比例地增加,這個事實不難從許多例子看出。黑麥稈的長度(1.5米)等於它的粗細的500倍,而在竹竿的情形(高30米),這個比值是130,在鬆樹(高40米)是42,在桉樹(高130米)是28。
知識點
強度
強度是指零件承受載荷後抵抗發生斷裂或超過容許限度的殘餘變形的能力。也就是說,強度是衡量零件本身承載能力(即抵抗失效能力)的重要指標。強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。機械零件的強度一般可以分為靜強度、疲勞強度(彎曲疲勞和接觸疲勞等)、斷裂強度、衝擊強度、高溫和低溫強度、在腐蝕條件下的強度和蠕變、膠合強度等項目。強度的試驗研究是綜合性的研究,主要是通過其應力狀態來研究零部件的受力狀況以及預測破壞失效的條件和時機。
延伸閱讀
生理流動與醫學聽診
自然界和工程中黏性液體的流動有兩個基本狀態:層流和湍流,人體中的生理流動也是如此。在我們的身體中無時無刻不在持續著各種生理流動,其中關於生命和健康的最為重要的流動莫過於血液循環和氣體交換。經實驗證明,人體呼吸係統中的氣體,血液在一定條件下和關節液往往呈現非牛頓流體的特點。健康人體的血管和氣管等流動管道都具有良好的彈性,管壁可以吸收擾動能量,起著穩定作用,因而生理的轉折雷諾數要遠遠超過工程中的剛性管流雷諾數。人體主動脈的平均雷諾數達到3400,在正常情況下,血流仍保持層流狀態。一般動脈流動的平均雷諾數為500,雷諾數峰值僅達到1000。正常人體循環係統中的血液幾乎保持著層狀流動。正常呼吸時,氣體一直保持層流狀態,唯當深呼吸或咳嗽時,才會發生湍流,此時雷諾數峰值高達50000。一旦循環係統和呼吸係統管道彈性減弱,那麼吸收擾動能量的能力就要大打折扣。如果管道發生狹窄阻塞,內壁粗糙血黏度降低時,容易激發湍流。湍流發聲強度要遠遠大於層流,而且音調也有顯著差別,這就使得醫生憑一對訓練有素的耳朵和一隻結構簡單的聽診器“聽”出許多病症來。