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理科生觉得哪些知识不知道是文科生的遗憾( 三 )


所以国家标准在设计钢结构建筑时，都会要求建筑的耐火时限。在这个时限内，结构才是安全的。
那木材是怎么做到比钢铁更“持久”的呢？
这是一张烧过火的结构木图片，我们发现外表虽然碳化的十分严重，但内部的结构几乎完好如初



由于木材的致密结构，在外部暴露在火灾下的时候，由于内部没有氧气所以不会发生燃烧
而外部的“木炭”向内扩展的速度又非常缓慢（参见烤串烧炭烧红要好久）
使得内部一直可以承受结构重量，从而达到了更坚挺的效果。



这是来源于火灾现场的一张照片
可以看到钢梁由于高温熔化，软得像橡皮糖一样“躺”在了木梁上
而木梁虽然也有些“面目全非”但好歹还是保持了原有的结构。
（当然我们现在有很多手段可以改进钢铁材料，让其耐火性更强。本文的意图只是做一个小科普，并没有十分准确的数据支持，同行请理解嘻嘻）

2.混凝土泡在水里会“干”的更快
小时候看建筑工地的工人施工都会十分担忧
“刚涂完水泥，没干透呢就下雨了，楼会不会塌啊”



包括水泥地上的一些脚印，我都以为是没干透的水泥下雨了，导致人陷进去…………
其实不然
水泥的硬化过程其实是一个化学过程（水和反应）
水作为反应的原料，在固化的一整个过程中，其实是越多越好的！
（注意：不是说拌水泥时水加得越多越好，而是在水泥成型后的固化过程当中！！！）
所以才会有“水泥养护”的说法



图中的工人就是在给成型的水泥浇水覆膜，防止夏天水分蒸发
使其有足够的水分参与到水泥的固化当中，可以让混凝土品质更高
我大一的时候，p都不懂，在实验室帮忙，做一些混凝土试样
当我的导师第一次要求我把它们泡水里的时候，我心里是困惑的



像这样让试块在水池里“泡大澡”后来学了微观结构，了解了水泥固化的微观过程
“混凝土水养”才知道了其中的道理

3.（木材）胶合板比实木更坚固
实木的更好，这个直觉的来源
大概都来自近几年大家对“实木家具”的追捧
但其实人造木材（胶合板，LVL）在结构中的应用比实木大得多，力学性能也更好。
实木由于自然形成，会有许多“缺陷”这导致在受力时会恨不均匀，容易造成裂纹和破坏



而人造板材（胶合板）
通过把一张一张木片叠合在一起，分散了“缺陷”，使得木材结构更均匀



这样当某处微小裂纹产生时
会由于周围都是“完美”材料，而防止其进一步扩散
而且胶合板可以被制作成任意长度和形状，使其在工程中得到了广泛的应用。
（胶合板在木制建筑中主要用于横梁、托梁、门架、承重柱等等受力结构）
话说回来，为什么实木家具会比人造木更受追捧呢？
这就涉及到实木比人造木的优点了！
刚才我们讨论的是两者的力学性能
但谁家买个家具，做个橱柜，铺个地板，可能都不是用来承重的吧（桌面碎大石？？）
实木家具由于纹理自然（美观），吸水性，隔音性好，才被广泛用于家装材料当中。
实木的价格也更贵，更贵就代表着高级…………



实木家装，高级感溢出屏幕以后当大人在挑家具的时候，说“这都是胶合板，质量不好”的时候
自己一定要在心里为胶合板正名啊！
因为它都是被用在看不见的地方，默默承受建筑重量，保护的大家的安全！

更新#
4.橡胶是“不可压缩材料”
小朋友，你是否有许多问号？？
我宁愿相信我奶的假牙是不可压缩的，也不会相信橡胶会“不可压缩”



其实这种直觉颠覆，通常来自于人们对力学性质的常识理解与其学术定义的不同
按照一般常识，橡胶由于其良好的弹性，大多都被用来减震，缓解冲击力等。所以在我们的直观世界里，橡胶就像弹簧一样，可伸可缩，又松又弹，当然是“可压缩”的了
但在工程上，对材料“可压缩性（compressibility）”的定义为：
“温度一定时，流体受压力的作用而使体积发生变化的性质称为可压缩性”——百度词条注意关键词“使体积发生变化”才算可压缩
橡胶作为一种高分子材料，虽然共价键赋予了橡胶某些固体的特征，但其内部单分子水平与液体非常相似。
这种内部高聚物的紧密堆积，使它像液体一样很难被压缩，而且分子之间可以彼此较容易的滑动，因此橡胶可以很轻易的被改变形状，而不是被改变体积
在大型的起重设备上，我们常常听说“液压杆“



起重机上的液压杆液压装置里的液体只是改变了形状，但体积却丝毫不减
泵入多少液体，杆就可以被成比例的推升多高，重物就可以被吊起多高
这个线性关系是工程师最喜欢的，而这正是由于液体“不可压缩”这一特性
试想如果是一个空气压杆，开始的时候充入2m3能使货物抬升1m（打个比方）到后面由于空气不断的被压缩，体积增加不是线性的，所以到最后可能充5m3气体才能抬升1m的距离，这是相当不合算的
在材料力学中，可压缩性（Compressibility)与材料的泊松比（Possion\u0026#39;sratio）有着直接关系.一般来说泊松比越接近0.5，则材料就越不可被压缩
空气的泊松比为0，水的泊松比为0.5，橡胶为0.43
在一般的工程应用中，会忽略橡胶在受压时的轻微的体积变化，而只考虑其形状的影响所以也将其视为“不可压缩”材料。
所以，再揉一揉手头的橡胶制品
形状虽然任你蹂躏，可人家体积是不变的呢
（吃饭啦，有人看以后再更，嘻嘻）

■科学之美
讲8个可以直观感受科学魅力的知识

1、欧拉公式



欧拉是数学史上最伟大的四位数学家之一（阿基米德、牛顿、欧拉、高斯）。
这个公式的重要意义，在于把指数函数，和三角函数联系在了一起。
有趣的地方在于，当x等于π的时候，公式就变成了



这个公式把e、i、π、1、0五个数学中最重要的数联系在了一起，
令人着迷，而且简洁优美，
被称为“上帝创造的公式”。
2、费马大定理



简单来说就是，勾股定理，在指数为不是1或2的正整数时，都不成立。
费马也是一位数学家，他提出这个猜想后，在旁边写了一句很有意思的话
“我确信已发现了一种美妙的证法，可惜这里空白的地方太小，我写不下”。
然后历代数学家前赴后继，一共用了354年，高斯欧拉等大神都未能证明它。
300年啊，所有数学家一起围攻的一个问题，都没能被解决。
直到1995年，才被英国数学家怀尔斯证明。
费马大定理被称为：困扰世间智者的难题。
在证明期间，许多全新的数学思想就此诞生，所以当它被证明之时。有人说，会下金蛋的鸡死了……
后来人们也基本认定费马没证明，他写那句话就是装个逼……
3、麦克斯韦方程组



麦克斯韦是牛顿之后，爱因斯坦之前最伟大的物理学家。这四个简洁的方程统一了电磁学。
类比一下就是现代物理大致分为经典力学、量子力学、相对论、弦理论，但四个领域的公式很多互不通用。爱因斯坦毕生的遗憾就是没能写出统一所有物理领域的大统一方程。
之前电磁学的公式和知识也是如此散乱，
直到麦克斯韦方程组一出。
麦克斯韦方程组相当于电磁学的大统一公式。
（牛顿把苹果掉到地上的物理公式，和天体运行公式，统一在了万有引力定律）
这个公式是理科生最常用，也最易理解的公式之一，很多理科生看了之后都想跪下来膜拜大神……
3、笛卡尔心形曲线



这是一个用极坐标表示的曲线，极坐标是拿长度和角度表示函数的一种坐标。
这个函数的形状是一个心形，表达式也很简洁优美，就如纯粹的爱心。
笛卡尔是个单身的数学家和物理学家，人们给他和这个函数编了一个凄美的爱情故事，
百岁山的广告就是在讲这个故事。
这个心形函数是初阶版本，进阶版本也有，但较为复杂。
不过不少人觉得这个函数更像屁股……
受此启发，理科生开始了他们的浪漫



5、相对论



物理学上伟人无数，最伟大的就两个，牛顿和爱因斯坦，麦克斯韦都排不上号。相对论的大名大家都听过，但很难讲得又简单又清楚，我就挑好懂的部分讲。
先说狭义相对论，起因是人们发现光的速度很神奇：
假如你不动，一辆车以10m/s的速度开过去，你测量车的速度就是10m/s；
如果你以1m/s的速度与车同向走路再测，那车速就是9m/s。
但你测光速，两次结果却是一样的，无论你以什么速度走，光速都不变，与你的速度无关。
这就是光速不变原理。这个基础上爱因斯坦认为光速是最快的速度，然后一通操作，得出结论：
速度越大，质量越大，长度越短，时间变慢。
不过这个要在接近光速的时候才能体现，平时速度慢感觉不到。

广义相对论的基础是重力效果等于加速度效果。
比如你坐电梯，电梯上升加速的时候你会感觉身体一沉，这和地心引力增大感觉相同。
下降的时候会失重，身体一飘和地心引力减小感觉相同。
然后爱因斯坦又是一通操作得出：
光受引力会弯曲。
比如光经过太阳时，所以我们能看到太阳后面的星球。
万有引力是通过引力波转递产生效果的，引力波的速度等于光速。
质量很大的恒星会变成黑洞，光都跑不出来。
爱因斯坦曾说，如果我没有提出狭义相对论或许有人在10年内会提出，如果我没有提出广义相对论，50年内都不会有人提出。
哦，大神，接受我的膜拜。
6、潮汐锁定



月球为什么始终一个面对着地球？这和钱江潮、每天的涨潮落潮是一个原因



由于地球直径很长，所以近日点比远日点受到太阳引力大。
而地球中心是平衡点，所以两端一端被拉向太阳，一端被抛离太阳



又由于地球表面是水，所以两端水被拉高了，就是蓝色笔，为涨潮，另外两端就是落潮。
每天地球转一圈就是潮涨潮落。
月球地球太阳一条线，且月球在中间时，引力最大，潮水最大，即每月十五十六的样子。


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