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

  • 东北地区里程最长跨海大桥建设取得关键进展

  • 关注——为求职者提供多元选择

独家策划

推荐阅读
当前,人工智能与实体经济持续深度融合,产业变革多线并进。从算力芯片、工业智能装备到低空通航体系,技术创新持续打通落地堵点,全方位推动制造、服务等领域转型升级。
2026-08-26 09:32
这种由胶子彼此束缚形成的特殊粒子,就是胶球。
2026-08-26 05:50
“棉芯1.0”以“网页端+小程序端”双端设计,分别瞄准科研创新与田间生产两大核心场景。
2026-08-26 05:50
工业和信息化部绿色低碳标准化技术委员会日前成立
2026-08-26 05:15
做学问这件事,说到底就是认准一个目标一直追下去
2026-08-26 05:15
促进人工智能与农业发展相结合,是提升农业科技创新效能的重要着力点。
2026-08-26 05:15
中央气象台首席预报员陈双预计,出伏后,四川盆地、江汉等地将有高温天气出现,上述地区仍需关注“秋老虎”天气。
2026-08-25 09:49
近期,在部分高原、草原景区,投喂、抚摸野生旱獭(土拨鼠)或与其近距离合影打卡,成为不少游客跟风的行为。除了野生旱獭,黄鼠、沙鼠等啮齿动物也是鼠疫的自然宿主,野兔、狐狸、野猫等野生动物也可成为鼠疫的偶然宿主,均存在传播风险。
2026-08-25 09:47
翻看评论区,呼声最高的几条是“旺仔牛奶太甜了”“能不能出低糖版”——不是不爱,是当年的小孩长大了,而有些配方还没跟着长大。
2026-08-25 09:46
以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革正在改变经济社会的传统发展模式。同时,世界百年未有之大变局加速演进,全球创新版图和竞争格局正在经历深刻调整。
2026-08-25 02:10
《教育强国建设规划纲要 (2024—2035年)》提出,以教育数字化开辟发展新赛道、塑造发展新优势。思政课是落实立德树人根本任务的关键课程,
2026-08-25 02:10
北斗在大众消费领域应用取得明显进展
2026-08-25 04:45
8月22日,第二届世界人形机器人运动会在国家速滑馆开幕,16个国家的666支赛队、2056台机器人参与竞逐。与此同时,2026世界机器人大会正在北京亦庄举办,汇聚全球前沿技术与产业成果,全面展现机器人走向千行百业的发展新趋势。
2026-08-24 10:17
六氟化硫是高压电力设备不可或缺的绝缘、灭弧介质,可它偏偏是一种强温室气体。更棘手的是,现阶段又很难找到一种合适的气体完全替代它。如何尽可能不让它进入大气?这是我们一直想解决的难题。
2026-08-24 10:16
所谓数字孪生,就是把一个物理实体在虚拟世界1∶1复刻——可以是一条产线、一个车间,甚至一座工厂。在胡少雄看来,数字孪生的高阶形态,是会“自感知、自决策、自执行”的智能体,这离不开传感器、人工智能算法、通信技术协同进化。
2026-08-24 10:12
中国科学院院士、华中农业大学教授、湖北洪山实验室主任张启发提出“双水双绿”理念,用一块田既种“绿色水稻”,又养“绿色水产”,发展水稻、水产“双水”产业,做优绿色稻米、绿色小龙虾等“双绿”产品。
2026-08-24 09:56
当厘清科研人员转化风险责任边界,构建专业化技术转移制度,明确技术转移机构设立条件及主要职责,通过完善相关制度,着力解决“不愿转”“不敢转”和“不会转”的问题,充分保护科研人员投身成果转化的积极性与主动性。
2026-08-24 09:48
2013年,东正光学的创始团队在广东深圳租下第一间厂房。4年后,当工业光学与电影影像的积累具备向更广泛创作者群体转化的条件时,东正光学重返消费市场,推出Thypoch(叙)品牌。
2026-08-21 07:20
7月17日,习近平主席在2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议开幕式上发表题为《携手构建公正合理的全球人工智能治理体系》的主旨讲话。
2026-08-21 02:00
近期,因冬季寒区试车而闻名的边疆小城——黑龙江黑河迎来了反季节试车热潮。在试运行的全球规模最大四季低温汽车试验场内,零下30摄氏度的室内一片冰天雪地,来自多个车企与零部件厂商的测试车辆正自如驰骋,借助静态低温舱、冰雪圆环、多角度对开坡道等专业场景展开性能测试。
2026-08-21 03:40
加载更多