1、大学物理在生活中的应用作者： 陈裕发 3112003925 引言我们每个人时时刻刻都在不自觉地运用物理知识。并且，物理学与我们的生活联系最为紧密，物理现象大量的存在于我们周围，如雨后天晴的彩虹，湖水沸腾等。 都可以从物理知识中得到答案。因此，我们要充分了解物理是源于生活也是解决生活问题的基本工具。运用所学知识，解决生活中的问题，这能够增加我们的感性认识，增强生活实际的联系。物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。在现代，物理学已经成为自然科学中最基础的学科之一。 物理是一门实用性很强的科学，与工农业生产、日常生活有着极为密切的
2、联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。它与我们的生活息息相关，密不可分！ 关键词：生活物理，物理应用，杨氏模量正文在大学物理课程上，我们做了众多物理实验，然而今天就由我来介绍一下弹性模量，和它在生活中的应用。弹性模量 Elastic Modulus，又称弹性系数，杨氏模量。如今，随着科技的不断发展，弹性模量变成了工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。在日常生活中，弹性模量的应用与测量在许多领
3、域有重要的作用，就好像混凝土的弹性模量如果不够，使建筑变形而不能正常使用，就很容易发生事故造成经济损失，甚至人员伤亡。我们在实验中测得的杨氏模量，它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。1807 年因英国医生兼物理学家 托马斯 杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一，是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属
4、材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。但是由于我们学校资源有限，只能用拉伸法来测量杨氏模量。杨氏模量的量纲同压力，在 SI 单位制中，压力的单位为 Pa 也就是帕斯卡。但是通常在工程的使用中，因各材料杨氏模量的量值都十分的大，所以常以百万帕斯卡（MPa）或十亿帕斯卡（GPa ）作为其单位。 (1 牛顿每平方毫米为 1MPa) (1 千
5、牛顿每平方毫米为 1GPa)杨氏模量测试方法的介绍一般分为静态法和动态法。动态法有脉冲激振法、声频共振法、声速法等。脉冲激振法：通过合适的外力给定试样脉冲激振信号，当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时，产生共振，此时振幅最大，延时最长，这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器，测出试样的固有频率，由公式 计算得出杨氏模量E。特点：国际通用的一种常温测试方法； 信号激发、接收结构简单，测试测试准确、直观。声频共振法：指有声频发生器发送声频电信号，由换能器转换为振动信号驱动试样，再由换能器接收并转换为电信号，分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形，得出试样的固有频率 f
6、，由公式 E=C1wf 得出试样的杨氏模量。特点： - 声频发生器、放大器等组成激发器；- 换能器接收信号，示波器显示信号；-李萨如图形判断试样固有频率。缺点：- 激发器结构复杂，必要时激发器需要与试样表面耦合，操作不方便；- 示波器数据处理及显示单一；- 可能存在多个李萨如图形，易误判；- 该方法不方便用于高温测试。声速法：由信号发生器给出超声信号，测试信号在试样中的传播时间，得出该信号在试样中的传播速度 ，由公式 E=计算得试样杨氏模量。特点：-超声波发生器及换能器组成激发系统；- 换能器转换信号；- 测试超声波在试样两平行面的传播时间差，计算声速。缺点：- 激发器结构复杂，必要时激发器需
7、要与试样表面耦合，操作不方便；- 时间差的信号处理点容易引入误差，只能得出近似杨氏模量；- 该方法不方便用于高温测试。静态法静态法是指在试样上施加一恒定的弯曲应力，测定其弹性弯曲挠度，或是在试样上施加一恒定的拉伸（或压缩）应力，测定其弹性变形量；或根据应力和应变计算弹性模量。特点：- 国内采用的方法，国内外耐火行业目前还没制定相应的标准；- 获得材料的真实变形量 应力- 应变曲线。缺点：试样用量大；准确度低；不能重复测定。这个装置图就是类似我们实验室用的装置。因为做实验的时候很多时候存在误差，所以我们采用逐差法有效地减小随机误差的影响，也可以部分地消除仪器的系统误差，在这个实验中，金属丝下面吊
8、挂的重物质量是逐次等量上调的，因此使用逐差法可以有效利用多次测量的数据，利用多个数据差的平均来部分消除误差的影响杨氏模量的大小取决于材料的组成。举例来说，大部分金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应用，其杨氏模量值会有5或者更大的波动。正如以下的很多材料的杨氏模量值非常接近。杨氏模量与如此多的材料都息息相关，不管杨氏模量大或者小都有他的好处。就如杨氏模量大，即使单位面积上承受很大的力也不会弯曲变形，强力不会拉伸这种材料，压力也不会压缩这种材料。就比如天然金刚石，因为它的杨氏模量达 1000GPa，所以它被人们做成刀具等，抗形变能力强，耐用。超级钢因为其杨氏模量非常大，而被应用于造船、建筑、
9、桥梁等行业，来替代传统的普通板材具有良好的前景。高强度船板可以增加载货量；低成本、高性能桥梁板有利于桥梁结构的优化设计，使桥梁更加坚固耐用。在中国，超级钢大有用武之地。杨氏模量的应用已经渗透到我们身边的各个领域。还有一些杨氏模量很低的新型材料，例如固态的二甲基硅氧烷为一种硅胶，无毒、疏水性（hydrophobic）和防水性，惰性物质，且为非易燃性、透明弹性体。二甲基硅氧烷的制程简便且快速，材料成本远低于硅晶圆，且其透光性良好、生物相容性佳、易与多种材质室温接合、以及因为低杨氏模量（Youngs modulus）导致的结构高弹性（structural flexibility）等，被用来制作微流道、微混合器、微泵、微阀门等元件。在这里介绍的只是大学物理在生活中应用的一小部分，还有更多的物理知识需要大家慢慢在生活中体会与认识。大学物理与我们生活非常贴近，也非常实用，所以我们学习好大学物理，对自身也有很多好处。生活从不缺乏物理现象，缺乏的是勇于发现物理学的眼睛。
