点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:从手擀面到高科技工程:力学如何塑造我们的世界?
首页> 光明科普> 图文 > 正文

从手擀面到高科技工程:力学如何塑造我们的世界?

来源:光明网2025-11-21 08:00

  为什么北方的手擀面比机器做的面更有韧性、更好吃?其中蕴含着深刻的力学原理。在北方,揉面是做面食、擀面条的关键步骤,一般要半个小时以上,揉完之后再进行切块、擀面等步骤。在揉面的过程中将水与面粉搅拌而成的面团揉成“各向同性”状态,就是说无论从什么方向切下去均具有同等切面的“先进材料”特征(没有孔洞及缝隙等缺陷)。而机器揉面没有使面团达到该状态,其内部隐含较多缺陷,因此机器做的面条很容易断,影响口感。

从手擀面到高科技工程:力学如何塑造我们的世界?

力学家、中国科学院院士、北京大学博雅讲席教授、中国力学学会副理事长魏悦广

  生活中事物的变化,许多情况都能够用力学原理和概念来理解。力学概念的形成是物理与数学知识融合的结晶,它重点关注工程实际和现实生活中的疑难问题,找出其中关键物理要素,用数学方法给出问题答案,基本上可经得起实践检验。严格来说,力学几乎是所有工程学科的理论基础。

  现代力学(如跨尺度力学)研究往往与航空航天、现代工业等这样的高科技领域结合更加紧密,因为这些领域已越来越多地注入了先进材料的要素,现代力学研究能有效降低先进材料研究及应用的经验成本。

  我和力学结缘40多年,主要从事固体跨尺度力学、弹塑性断裂力学、复合材料力学等研究。

  跨尺度力学的优势在于其应用于先进材料研制和应用等领域。传统材料制作时主要考虑宏观方面的因素,例如工艺、混合率、淬火时间及温度等宏观过程因素,很少关注微观特征。先进材料则起始于微观设计及制作,在较大程度上消除了微观缺陷,有效提升了材料的强韧等性能。相较而言,传统金属材料的屈服强度通常是几百兆帕,而采用微结构设计的先进金属材料其屈服强度可以达到传统材料的若干倍甚至10倍以上。

  先进材料的涌现、迭代式发展及广泛应用,必将推动未来科技的巨大进步。实践证明,基于先进材料设计制作的产品性能一定是处于同行业的领先地位,其通常是在关键部件的关键部位用到了先进材料,其技术也往往属于“卡脖子”技术。如果我们能够打通先进材料的跨尺度力学原理与制作技术之间的连接通道,那么我们就能够在一定程度上掌握先进材料发展的话语权。

  我做跨尺度力学的工作前后有30年之久,在哈佛大学留学时做的研究方向就与之相关,但当时主要是从事理论性的研究。回国后,我将理论与实际工程问题相结合,将理论应用于实际。例如我曾开展过航空发动机叶片热障涂层失效的问题研究。

  当发动机处于正常工作的高温状态时,若合金叶片暴露于高温环境就会出现大的变形而影响正常工作。为了使叶片能在高温环境中工作,人们通常给叶片穿上了所谓的热障涂层“外衣”,但这“外衣”怎么才能穿得牢,又成了问题。由于发动机腔体内温度变化无常,涂层和叶片如果粘接得不够牢固很容易脱落。另外,高温气体微颗粒也在不断击打涂层表面,上述因素都可能会导致涂层脱落或断裂等等。

  要解决该问题,需要从根本上改进热障涂层的制作工艺,增强界面结合力。由于传统热障涂层材料的基本结构尺度较大,在界面处颗粒与颗粒之间的接触比表面积小,容易脱落,导致传统热障涂层的使用寿命较短。采用先进热障涂层,使用寿命相对于传统涂层有显著提升,跨尺度力学概念在改善热障涂层制作上起了较大作用。过去,制作热障涂层只需一道工序即可完成,虽然效率高,但是未能发挥先进材料的结构特征。我们建议将制作工艺分为两步,先做1/10厚度的涂层,以使粘结界面附近形成纳米化结构,有效增大比表面积,再做其他90%。虽然看似只是增加了一道工序,不涉及复杂抽象的理论,但背后其实是具有相当难度的跨尺度力学理论概念在做支撑。

  力学是解决问题驱动的学科,从宏观上、全局上把握问题全貌再作深入研究,针对具体问题凝练物理模型并采用数学方法加以求解。

  (光明网记者林佳欣、蔡琳采访,实习生勾璇整理。来源:科普中国-科学报国正当时)

从手擀面到高科技工程:力学如何塑造我们的世界?

从手擀面到高科技工程:力学如何塑造我们的世界?

 

[ 责编:宋雅娟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 意大利文艺复兴名作展在京开幕

  • “海上粮仓” ——福建宁德大黄鱼鱼苗陆续投放

独家策划

推荐阅读
教育部今天(28日)发布《普通高等学校本科专业目录(2026年)》,共新增38种普通高校本科新专业。本次获批申办高校可纳入2026年高考招生。
2026-04-28 11:22
目前,本科专业目录共涵盖13个门类、92个专业类、883种专业。
2026-04-28 11:20
中国农业科学院作物科学研究所小麦基因资源发掘与利用创新团队近日成功克隆了调控小麦分枝与主茎之间角度的关键基因,并揭示了其平衡调控小麦“站姿”的分子机制。
2026-04-28 10:01
作为牵头用户,生态环境部已有8颗环境和大气系列卫星在轨运行,还可统筹调用140余颗民商卫星数据资源。
2026-04-28 10:00
西南大学徐洛浩、刘海平教授团队联合德国科学院院士阿克塞尔·迈尔开展攻关,成功破解相关科学难题。
2026-04-28 09:59
人工智能的崛起为人类社会开启了变革的新纪元,深刻重塑着我们生活与生产的各个方面。而作为文明传承与思维锻造的核心路径,阅读在这一浪潮中经历着前所未有的影响与重构。
2026-04-28 09:57
透视农业农村经济“开门红”,其背后是国家战略引领、政策有力支持和市场社会力量的协同发力。
2026-04-28 09:46
外商投资安全审查工作机制办公室(国家发展改革委)依法依规对外资收购Manus项目作出禁止投资决定,要求当事人撤销该收购交易。
2026-04-27 16:54
当前,具身智能产业站在商业落地的临界点,一场从“炫技”到“干活”的务实转向正在悄然发生。
2026-04-27 15:39
以往以机械素质、品牌底蕴为核心卖点的外资车企,纷纷将智能化作为参展的核心主线。
2026-04-27 14:48
这里是淳安国家储备林示范基地,587亩山林经过精心打造,早已不是传统意义上的林场。480多亩杉木林完成阔叶化改造,浙江楠、浙江樟等珍贵树种错落生长;430亩“有路、有房、有水、有轨、有网、有电、有眼”的“七有”林业标准地里,黄精、白芨、三叶青等中药材长势旺盛,菌菇悄悄破土;30多亩梅花观光园内,880株梅花迎春绽放,成为游客青睐的打卡地。
2026-04-27 13:53
近年来,科普视频越来越多地成为公众获取科技知识的重要渠道。
2026-04-27 13:35
中国科协在中国科学家博物馆举行“全民阅读活动周·科学家精神故事会”暨科学家精神主题丛书发布活动。
2026-04-27 12:53
今年4月25日是第四十个“全国儿童预防接种日”,主题是“预防接种,苗助健康,全民行动”。
2026-04-27 10:05
从古人立竿测影、夜观北斗辨识方向,到北斗卫星导航系统提供全天候、高精度的时空信息服务——科技发展沧海桑田,但人类对“我在哪里、我要去哪、如何到达”的追问从未停歇,其指向始终是更好地认识世界、利用资源、服务发展。
2026-04-27 10:03
近年来,江苏张家港东沙化工园区实施关停转型,修复生态环境,升级为智能制造产业园区,长江岸边珍稀鸟类频现,走出了一条绿色转型路。
2026-04-27 10:02
记者王美莹日前从中国地震局地球物理研究所获悉,该所基于“谛听”大模型研发的“地震科学智能体”正式上线并开放试用。”  从“搬砖式”科研到“一句话”驱动,这位不知疲倦的“数字副驾驶”,正悄然推动地震科学范式的革新。
2026-04-27 09:59
为推进商业航天高质量发展,发挥标准化在产业发展中的引领性和基础性作用,统筹推进商业航天标准化建设,国家航天局、市场监管总局近日联合发布《商业航天标准体系(1.0版)》。
2026-04-27 09:59
我国现已建成省级以上绿色矿山5500余家,绿色矿山建设成为美丽中国建设的生动实践。
2026-04-24 09:53
由中国科学家领衔的国际团队23日宣布,他们成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘提供了一份高精度数字导引图谱。
2026-04-24 09:51
加载更多