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独轮车和赛格威车为何直立不倒?
刘延柱 2021-5-13 11:18
传统杂技里的独轮车表演已有一百多年历史(图 1)。在博文 “ 自行车的发明简史及力学原理 ” 里,曾提及1870 年英国人斯塔利 (Starley,J.K.) 发明的高轮自行车(图 2)。这种早期的双轮自行车曾被戏称为 “Penny-farthing” ,意思是 “1 又 1/4 便士” ,因为高大的前轮带一个矮小的后轮恰似一个大硬币配一个 ...
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靠双脚扭动前进的滑板驱动力来自何处?
热度 2 刘延柱 2021-5-9 11:16
20 世纪 50 年代后期,美国南加州海滩的居民们发明了一种简单的运动器械。将一块木板固定在铁轮子上,人站在木板上用脚蹬地可以快速向前滑行。此后这种称为 滑板 (skate board) 的器械不断改进,板面改用碳纤维材料,轮子改用高硬度和高弹性的尼龙材料。改进后的滑板不仅能向前直滑, ...
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自行车的发明简史及力学原理
热度 2 刘延柱 2021-4-29 16:31
1. 自行车的发明简史 自 1791 年法国人 Sicrac 骑着装两个木轮的 “木马” 在路易十六王宫的大草坪上奔跑时算起,自行车的出现已有两百多年历史了。不过 Sicrac 的带轮木马还算不上是真正的自行车,因为他的木马没有车把,没有脚蹬,车子的驱动全靠他自 ...
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蛇行走的力学解释和启示
热度 2 刘延柱 2021-4-20 10:55
蛇无足而能行走且行进很快。 这种独特的行走方式与蛇的生理构造有关。蛇没有胸骨,躯体可以自由弯曲。蛇全身披着一层角质鳞片,肋骨向前移动可使腹部的鳞片翘起摩擦地面产生推进力。关于蛇行的原理早在上世纪30年代就已有研究论文发表 。近年来由于蛇形机器人技术的兴起,对蛇行运动的仿真研究和理论 ...
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摩擦斜碰撞与Kane难题
刘延柱 2021-4-17 10:36
1 引言 有摩擦存在的斜碰撞现象在生活中十分 常见 。以乒乓球运动为例,选手的每一板抽杀都是摩擦斜碰撞。在工程技术里摩擦斜碰撞也 经常发生 。摩擦和碰撞均属经典力学范畴,但综合这两种概念的摩擦斜碰撞问题却是一个尚未解决的理论难题。 理工科专业的理论力学课程中,一般仅将刚性 ...
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竹排、大黄鸭与船舶稳定性
热度 1 刘延柱 2021-4-12 19:37
小小竹排在幽静的水面上飘浮。站立在竹排上撑篙的 梢工重心高高在上,如同一只倒立的复摆。微风吹过,竹排微微晃动却能稳定不倒(图 1)。 图 1 竹排 船体较窄吃水较深的船舶下水后船体的 重 心往往低于 浮 心,这种船体如同一只以浮心为 ...
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音乐里的力学和数学
热度 3 刘延柱 2021-4-6 20:23
1 交响乐队里的振动 坐在音乐厅里欣赏交响乐。台上的弦乐器、木管乐器、铜管乐器、打击乐器发出不同音色的声音,交混在一起冲击听众的耳膜,使听众感受到音乐的巨大感染力。 各种乐器的声音来自不同类型的振动,可做一下分类: 打击乐器:如定音鼓、木琴、钢片琴都是自由振动,钢琴 ...
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消除摩天楼风载晃动的减震摆
热度 1 刘延柱 2021-4-1 10:30
赴台旅游过的游客大都去过台北的 101 大楼 (图 1),参观过大楼 里悬挂的巨大的减震摆 (图 2) 。这个 直径 5.5 米, 重达 660 吨 的巨大钢球由 4 根粗钢索悬挂在 88 层与 92 层之间, 形成一个大单摆。 ...
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碑漏:失传七百年的机械钟
热度 4 刘延柱 2021-3-29 09:35
不久前从央视4台 “远方的家” 播放的 北京钟鼓楼展出 “碑漏” 得知,除 日晷、 铜壶滴漏、水运仪象台等 计时仪器 以外,我国还有另一项重要的古代发明创造。为此对博文 “ 机械钟:永不停息的自激振动” 应做些补遗。 据报导,碑漏作为计时仪器曾在 唐、宋、金、元 时期使用。 南宋薛季宣著 ...
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不倒翁、阿诺德猜想与冈布茨
刘延柱 2021-3-24 11:15
有个历史悠久的民间玩具叫 不倒翁 (图 1),据考证早在唐代就已出现 。不倒翁 推之不倒, 摇头晃脑的形象在民间被看成贪官的象征。明代江南才子徐渭有一首咏不倒翁的诗 “乌纱玉带俨然官,此翁原来泥半团;忽然将你来打碎,通身上下无心肝。” 这首诗不仅借物嘲讽了贪官,而且道出了不倒翁稳定不倒的关键是在空肚 ...
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