不过,真如题主所问,实际中球体与面接触的面积不等于零,具体是多大,主要看两者的材料属性 。如下图,球弹性模量取2GPa,是铁球的1/100 。通过铁球的算例,我们发现半径1m的铁球靠重力放置于铁板上,其接触面积越是2个手指那么大 。3、总结物体受力会发生变形,变形量的大小除了与外载有关,与材料的属性有关 。
如果把一个完美的球体放在平坦的地面上,它与地面的接触面积是接近于零吗?
数学上,球体与平面相切,只有一个点 。不过,真如题主所问,实际中球体与面接触的面积不等于零,具体是多大,主要看两者的材料属性 。下面,我以算例的形式,来解答这个问题 。1、基本原理实际生活中,任何物体都是变形体,即物体在外载作用下都会发生或大或小的变形 。完全不发生变形的称之为刚体,不过这个世界上绝对刚体不存在 。
对于材料的变形能力,力学上有一个物理量来衡量——弹性模量 。这个物理量基本上就可以反应出材料的“软硬” 。弹性模量越大,材料越不容易变形 。2、算例分析以铁球接触铁板为例,铁这种材料相对来说是比较“硬”的,其弹性模量200GPa 。我们来看下在自重的作用下,接触面积有多大?铁球直径2m 。上图是位移结果,从位移上来看,铁球的变形几乎为零,铁板在接触处有变形 。
放大后下图 。对于两者来说,变形都非常小 。通过目测,接触大约是铁球上网格的一半,即1.3e-2m,面积为5.3e-4平米 。这个面积大约是2个手指那么粗 。显然,这个面积不能近似为零 。3、总结物体受力会发生变形,变形量的大小除了与外载有关,还与材料的属性有关 。弹性模量越大,变形量就越小,两者接触的面积也就越小 。
【转球如何保持平衡,如何感知球的平衡】通过铁球的算例,我们发现半径1m的铁球靠重力放置于铁板上,其接触面积越是2个手指那么大 。如果铁球更大,重量更重,那么接触面积也会更大 。此外,如果铁球换成其他“软”的材料,铁板不变,那么接触面积也会更大 。如下图,球弹性模量取2GPa,是铁球的1/100 。对比上下两图,显然下图接触面积更大了 。虽然,这个算例在仿真里面算简单的,但是由于非线性接触,非常容易出现不收敛的情况,这时候就得不断地修改模型,直至能够计算处结果 。
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