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世界公认的四大力学(力学改变人类生活的三项发明)

世界公认的四大力学(力学改变人类生活的三项发明)离心调速器是一个基于力学原理的发明,是蒸汽机所以能普及应用的关键,也是人类自动调节与自动控制机械的开始。由于人们能够自主控制蒸汽机的运转速度,才使蒸汽机广泛应用于纺织、火车、轮船、机械加工等行业,使得人类大量使用自然原动力成为可能,最终才有了产业革命的第二阶段。1782年前后,瓦特在蒸汽机上安装了离心调速器。这种调速器的构造,是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动,这根轴的顶端有两根铰接的等长细杆 两根细杆另一端各有一个金属球。当蒸汽机转动过快时,竖轴也加快转动,两个金属小球在离心力作用下,由于转动加快而升高,这时与小球连接的连杆便将蒸汽阀门关小,从而使得蒸汽机的转速同时降低。反之,若蒸汽机的转速过慢,则竖轴转动缓慢,小球的位置便会下降,这时连杆便将阀门开大,从而使蒸汽机转速加快。1712年,英国人托马斯·纽可曼发明了大气压蒸汽机。这种机器具有汽缸与活塞,可以自动工作,使矿井抽水的便捷性大大提高

17世纪科学革命之后 在力学学科引领之下的发明数不胜数,其中,摆钟、调速器和航空,是三项最为重要的发明,它们对人类生活产生了巨大的影响。

世界公认的四大力学(力学改变人类生活的三项发明)(1)

伽利略是一位伟大的物理学家,1564年诞生于意大利的比萨。小时候,伽利略就常常喜欢探索、研究和证明问题。有一次,伽利略到教堂作礼拜 礼拜开始不久,一位工人给教堂中的大吊灯添加灯油时,不经意触动了吊灯,使它来回摆动。摆动着的大吊灯引起了伽利略的注意。起初,吊灯在摆动的幅度比较大,摆动速度也比较大,伽利略测算了来回摆动一次的时间。过了一会儿 吊灯摆动的幅度变小了,摆动速度也变慢了,此时,他又测量了吊灯来回摆动一次的时间。让他大为吃惊的是,两次测量的时间是相同的。

调速器看似简单,但在近代控制技术和控制理论的发展上起到了开天辟地的作用。

1698年,英国人托马斯·塞维利发明了利用蒸汽压力的抽水泵。它的工作过程是:在容器中通入蒸汽,使蒸汽在容器中凝结,利用蒸汽凝结后形成的真空,把矿井中的水抽上来。这种泵有两个明显的缺点:一是在地下水位较低,低于水泵10米时就抽不上水;二是由于突然进入容器的蒸汽压力过高,易于爆炸。

1712年,英国人托马斯·纽可曼发明了大气压蒸汽机。这种机器具有汽缸与活塞,可以自动工作,使矿井抽水的便捷性大大提高。

但英国人瓦特经过研究发现 纽可曼的蒸汽机由于在用水冷却汽缸时,汽缸的温度降低,为加热汽缸就要消耗更多的蒸汽,因而效率偏低。为此 1765年5月,瓦特提出使蒸汽从汽缸排入另一容器的想法,这个容器后来被称为冷凝器。经过反复试验与改进,装有冷凝器的蒸汽机在1769年制造完成。

改进后的蒸汽机效率大大提高 但仍存在问题:速度得不到很好的控制。烧煤多时,蒸汽多,机器就转得快;烧煤少时,就转得慢。这种不能均衡转动的蒸汽机是无法派上大用场的。

1782年前后,瓦特在蒸汽机上安装了离心调速器。这种调速器的构造,是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动,这根轴的顶端有两根铰接的等长细杆 两根细杆另一端各有一个金属球。当蒸汽机转动过快时,竖轴也加快转动,两个金属小球在离心力作用下,由于转动加快而升高,这时与小球连接的连杆便将蒸汽阀门关小,从而使得蒸汽机的转速同时降低。反之,若蒸汽机的转速过慢,则竖轴转动缓慢,小球的位置便会下降,这时连杆便将阀门开大,从而使蒸汽机转速加快。

离心调速器是一个基于力学原理的发明,是蒸汽机所以能普及应用的关键,也是人类自动调节与自动控制机械的开始。由于人们能够自主控制蒸汽机的运转速度,才使蒸汽机广泛应用于纺织、火车、轮船、机械加工等行业,使得人类大量使用自然原动力成为可能,最终才有了产业革命的第二阶段。

瓦特所改进的蒸汽机很快便在生产中得到迅速普及。1805年,在美国蒸汽机被装上了汽车。1807年,美国的富尔顿发明以蒸汽机为动力的轮船。1825年 斯蒂文森造出可以在轨道上行驶的蒸汽机车。

世界公认的四大力学(力学改变人类生活的三项发明)(2)

1903年12月17日,莱特兄弟第一次实现了人类飞行的梦想。其实,在莱特兄弟之前,至少应当提到3位科学家的力学研究。

大莱特曾说过:“我们设计的飞机,完全按照凯利爵士非常精确的计算方法。”他所提到的这位凯利爵士,就是被称为“航空之父”的英国人乔治·凯利。

1804年12月,为了对空气的阻力与升力进行定量研究,乔治·凯利设计和制造了一架悬臂机,用于研究平板的升力和阻力。利用这个装置,凯利得到了最早关于升力和速度方面的数据。他在悬臂机试验中还发现了流线型对减少空气阻力的重要性。经过精心计算 凯利给出了一架飞机的设计参数。他认为,如果这块平板能在动力作用下高效率运动,空中飞行就会实现。

美国科学家兰利是一位自学成才的天文学家。兰利从小便对鸟的飞翔产生了极大兴趣,经常连续数小时观看鸟的飞行。1887年,兰利移居华盛顿 出任当时美国权威学术机构史密森学会秘书。他建造了一座高60英尺的悬臂机,该机靠煤气发动机驱动 外周速度可达每小时70海里。

利用这座悬臂机,兰利进行了大量的空气动力实验,研究平板与鸟翼在空气中运动时的阻力与升力的规律,由此得到了许多定量数据,并且纠正了不少前人的错误。1891年,兰利的著作《空气动力学实验》出版,该书是最早的比较系统的实验空气动力学著作,对后来的飞机研究者,包括莱特兄弟影响很大。

除了实验室研究外 兰利还动手做飞行试验。从1891年开始,他试制了橡筋动力模型飞机,设计并制造了轻型蒸汽机,设计了7个型号的飞机模型 并进行了两次不成功的载人飞行试验。后人认为,兰利载人飞行的失败主要是由于结构上的不合理,假如他的发射架采用轮式起落架,试飞的结果很可能完全不同。

有人曾说过:“莱特兄弟教会了世界飞行;但是,是谁教会了莱特兄弟去飞行的呢?从最广泛的意义上说,是一位出生于法国、在芝加哥长大的工程师恰纳特。”

恰纳特是一位铁路工程师。他对飞行一直保持浓厚的兴趣,其关于飞行的力学知识在19世纪80年代一直处于前沿。恰纳特与莱特兄弟一直保持联系并指导他们 恰纳特甚至亲自去过莱特兄弟的飞行试验场地。

1894年,恰纳特出版了航空业的经典著作《飞行力学进展》。这本书后来变成航空业的一本经典著作。

莱特兄弟进行了世界上最早的飞行之后 飞机得到迅速发展,这期间的每一项改进都是力学研究的突破。人们突破了音障和热障,后来又发明了直升机。到现在,天空中有各种用途、各种性能的飞机在飞行,民用航空业已成为人们远距离旅行的主要交通工具。

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