CIS科研项目:你每吃一片薯片,世界上就少一个精妙结构!
最近小编发现了一个惊天的冷知识说起薯片,我们都吃过但你可能不晓得这小薯片的背后全!是!科!学!



这不,最近网上掀起了薯片之争乐事vs品客

 

比什么呢?比谁更不容易碎!小编一开始想说这有什么好比的好吃就行了呀


 

不过没想到同是薄薄的薯片还真能分个输赢品客完胜!

赢在了神奇的结构谁能想到品客薯片的小蛮腰造型竟是用「超级计算能力」设计成的呢?(不是品客的广告,不是不是不是!)

它是宝洁60年代的产品松脆辛香的小身体里还藏着数学、物理、哲学的奥秘以品客为教科书类似结构的房子也异常坚固

突然就肃然起敬再也不敢小瞧身边任何一个不起眼的小东西里面可都是人类的智慧呀

01.品客薯片凭啥不容易碎?

刚刚我们说品客薯片赢在了结构

啥结构?它的形状在数学微积分里叫双曲抛物面小编就不说定义了因为形状很像马鞍所以也叫,马鞍面

每个马鞍面上都有2条抛物线一红一白用来理解双曲抛物面(马鞍面)再好不过是不是和你的口腔完美贴合一口一片刚刚好

不仅能承受拉扯,也能承受挤压在压力、拉力间形成巧妙的平衡所以薯片再薄,也异常稳固



甚至还能稳稳地搭出一个圆环而且不借助任何胶水


 

而乐事薯片则不行很显然,它不是马鞍面

只有一条抛物线另一条则是直线
 

(左:乐事vs右:品客)

不过它的结构虽然不如品客那么优秀

但也有好处一旦碎了会很对称顺着中间的应力线变成两瓣


 

而品客结构稳固不碎则已,一碎就是粉末状

但平时谁会用枪对薯片撒气呀


 

如果是袋装的薯片

那真是连神仙都救不了了

它是用切片土豆一气呵成直接烹制出来的做不出什么神仙结构自然就很容易碎了




02.神似品客薯片的建筑

|2012伦敦奥运会室内自行车馆|

↓↓↓

不只是品客薯片用过马鞍面建筑上也用到了这曲面瞧,像不像巨大的品客薯片



这是2012伦敦奥运会室内自行车馆当年在100项设计方案里胜出,使用了这马鞍面结构竟然节省了整整一半的材料只用了1092吨钢材

建造时间也缩短了一半减少材料,节省成本的同时还降低了碳排放



马鞍面之所以更坚固,

是因为双曲抛物面的几何特征让它具有奇怪的力学特性,

比如无法形成一条应力线。

也就是说,小裂缝很难扩大成一长条裂缝哗啦一下子扩散开来。

所以,双曲抛物面的薯片碎掉,

就只能碎成一小块一小块的,

很难碎成一大块的,更无法碎成对称的。

另外,双曲抛物面不仅能承受拉扯,还能承受推挤。

因为在受到张力时双曲抛物面的凹面受力,

而在被挤压时凸面部分可以承受拉扯。

马鞍之所以长成马鞍的形状,

也是利用了双曲抛物面

能承受不断挤压拉扯的能力。

从小小的薯片到超大的房子都渗透了万古不变的几何学、结构力学这一切无形的东西悄悄构成了我们眼前所见的世界很多时候,我们却无从察觉

可千万别小瞧呢其实生活中每一个物件背后都有它自己的自然科学的逻辑和人类的智慧不禁对世界上的万物肃然起敬

如果你也因此对薯片背后的结构力学产生了兴趣现在有一个讲座不容你错过! CIS将邀请牛津大学工程系终身教授Barbara Rossi为大家带来“现代结构工程与设计学基础—静力学导论”讲座!快来参加,了解更多结构的奥秘吧~

讲座嘉宾

Barbara Rossi英国牛津大学工程系终身教授

Rossi教授在结构工程领域已有超过十年的研究经验。她的研究主题主要涉及钢和不锈钢在不同负载或环境下的行为。去年,她成为牛津大学新双良横向扭转屈曲设计指南研发团队负责人。

在加入牛津大学之前,Rossi教授在比利时最高学府鲁汶大学担任结构工程副教授,在那里,Rossi教授领导了一个研究小组,研究金属结构的结构行为,并对不锈钢特别感兴趣。在过去十年中,她还涉足了生命周期分析和应用于钢结构的可持续性分析等领域。

部分已发表文献:

  • Life-cycle assessment of residential buildings in three different European locations
  • Strength enhancements in cold-formed structural sections
  • Behaviour of structural stainless steel cross-sections under combined loading
  • Combined distortional and overall flexural-torsional buckling of cold-formed stainless steel sections
  • Experimental and numerical studies of terrific stainless steel tubular cross sections under combined compression and bending

(1)新双梁横向扭转屈曲设计指南研发团队负责人

(2)曾担任KU Leuven土木工程探索金属结构行为研究组负责人

(3)钢和不锈钢结构在不同载荷或环境下的行为、钢结构的生命周期评估研究资深研究员

讲座内容

本次讲座是对结构工程基础知识的介绍。你将了解到什么是结构以及它如何承载负载,结构是如何理想化的,什么类型的外力作用在结构上,以及如何检查一个简单的结构是否处于平衡状态。

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