生活中的力學第1頁，課件共34頁，創作于2023年2月第2頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度與形狀武際可.跳蚤應當與人跳同樣的高度.力學與實踐，2008，30（3）：97~99另據部分網上文章第3頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度與形狀引言動物的尺度、面積、體積骨骼的強度散熱和保溫結語第4頁，課件共34頁，創作于2023年2月人體原地跳躍過程也很相似，彈簧的作用由聯結膝關節的肌肉實現．肌肉收縮產生張力控制膝關節角度的變化，使下肢從靜止下蹲狀態突然伸展，帶動軀體以加速度垂直向上運動，然后逐漸減小為負值．第5頁，課件共34頁，創作于2023年2月要提高離地速度，起先必須用大力蹬地以獲得最大的起始伸展速度。但隨后的制動過程必須緩慢，因為過快的制動將使解除約束過早發生，致使人體尚未積累足夠的垂直速度即離地跳起而影響成。第6頁，課件共34頁，創作于2023年2月設人體質心的垂直加速度按簡單的線性規律變化N=0時跳離地面計算跳離地面時速度第7頁，課件共34頁，創作于2023年2月設人體質心的垂直加速度按簡單的線性規律變化起跳條件：a0>g,即N>2mg計算跳離地面時速度騰空高度H第8頁，課件共34頁，創作于2023年2月一種叫做沫蟬的小蟲能夠向空中蹦起60多cm而身長只有6

mm。英國劍橋大學的動物學家說，這個發現值得注目，沫蟬的個頭、體重都比跳蚤大，但是它們靠更快的加速，跳高的成績超過跳蚤的兩倍。

跳蚤flea身長約3

mm，能跳約20cm高，33

cm遠。

人類更無法和沫蟬相比。人類跳躍時的力量差不多是自身體重的3倍。男子世界紀錄是2.45米。

在起跳階段，它們以400多倍于重力的力量加速，相比之下，跳蚤的力量只是重力的135倍。

第9頁，課件共34頁，創作于2023年2月在英國作家J.Swift(1667~1745)1726年出版的格列佛游記》中，格列佛所到的小人國中人大約只有6英寸高，而大人國卻是數10英尺的巨人.大人國的人的尺寸大約是小人國的人的100倍.按照小說中的描寫，在如此尺寸懸殊的條件下，人的各部分卻都是成比例的.把跳蚤，或者沫蟬的彈跳高度，與它們的身體尺度相比，意思是說，所有動物彈跳高度要以它的身體尺寸來度量，來決定彈跳能力的強弱.實際上生物并不具備相似性，各種動物的彈跳高度大致相當。第10頁，課件共34頁，創作于2023年2月一般動物的彈跳高度都是在1米的尺度第11頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度、面積、體積動物的尺度差別很大，最大為鯨魚Whale藍鯨，一只重190噸、長度為27.6米的雌性藍鯨于1947年被捕獲。1909年，在南大西洋南喬治亞島的格呂特維齊一只擱淺的藍鯨體長33.58米。TheBlueWhaleisthelargestknownmammalthathaseverlived,andthelargestlivinganimal,atupto35m(105ft)longand150tons.Whalesgenerallylivefor40-90years第12頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度、面積、體積大象為陸上最大動物，亞洲象、非洲森林象和非洲叢林象Theelephant‘sgestationperiodis22months,thelongestofanylandanimal.Atbirthitiscommonforanelephantcalftoweigh120kilograms.Theytypicallylivefor50to70years.ThelargestelephanteverrecordedwasshotinAngolain1956.Thismaleweighedabout12,000kilograms,withashoulderheightof4.2metres.第13頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度、面積、體積同一類動物體積也有較大差異如貓科動物：老虎，豹子，貓但形狀不能完全相似相似第14頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度、面積、體積同一類動物體積也有較大差異如貓科動物：老虎，豹子，貓但形狀不能完全相似相似假如動物形狀相似，那么尺度增加10倍，如老虎與貓，面積增加100倍，體積增加1000倍腿的支承能力就要相差10倍這不將不是一個優化的生物結構為什么？第15頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度、面積、體積動物骨頭材質大致相同，強度也大致相同大動物的腿截面積要增大假如動物形狀相似，那么尺度增加10倍，如老虎與貓，面積增加100倍，體積增加1000倍腿的支承能力就要相差10倍這不將不是一個優化的生物結構象與豬的腿部直徑之比必須大于其身高之比。豬鼻子插蔥是裝不了大象的。第16頁，課件共34頁，創作于2023年2月骨骼的強度動物骨頭材質大致相同，強度也大致相同大動物的腿截面積要增大小動物的骨頭長在外側，而柔軟部分長在內側，以增加抗彎能力。骨組織的變化與受力和變形有關沃爾夫定律第17頁，課件共34頁，創作于2023年2月美國科幻恐怖片《八腳怪》：由于化學廢料泄漏，一個偏僻小鎮上成千上萬只蜘蛛發生突變，一夜之間變得比人還大，跳躍速度和汽車一樣快。它們向人發動進攻，把這個寧靜的小鎮變成了人間地獄不可能的怪物第18頁，課件共34頁，創作于2023年2月已知最大蜘蛛是巨型食鳥蛛，身長10厘米（計算腿長可達30厘米），體重120克。若被放大到20倍即身長2米，其肢足橫截面積增大到400倍，而體積增大到8000倍，體重將是960千克，肢足支承強度為原來的20倍。不可能的怪物第19頁，課件共34頁，創作于2023年2月科學家近日在非洲大陸和馬達加斯加島的熱帶地區發現世界上最大的金絲圓蛛物種.雌性蜘蛛身長10~13厘米，而雄性個頭不到雌性個頭的1/4。20091021SCI.NET第20頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度與形狀引言動物的尺度、面積、體積骨骼的強度散熱和保溫結語第21頁，課件共34頁，創作于2023年2月散熱和保溫哺乳動物是恒溫動物，必須把體溫維持在一個特定的溫度才能保證正常的生理活動，比如大象的體溫必須維持在大約36攝氏度，過高或過低都有生命危險。體熱是細胞代謝過程中產生的，總量差不多是固定的，但是環境溫度則是不斷變化的。氣溫低于體溫，那么就要防止體熱散失，這是毛發的主要功能；氣溫高于體溫，則要想辦法盡量把體熱散掉。第22頁，課件共34頁，創作于2023年2月散熱和保溫由于體積和面積的縮小比例不同，不同尺度動物的保暖和散熱也會出現問題。體熱來源于細胞代謝過程，與身體體積大小（細胞總數）相關；而散熱則與身體表面積大小相關。人體縮小到1/10，則身體體積以及身體產生的熱量減少到1/1000，但是身體表面積僅僅減少到1/100。小人身體散熱速度要比我們快得多（快10倍），將難以維持恒定體溫而凍死。第23頁，課件共34頁，創作于2023年2月散熱和保溫大象的獨特首先表現在它的龐大。它是現存最大的陸地動物，能長到高達4米，重達7噸，是排在第二位的犀牛的兩倍。它的形狀也很獨特，最引人注目的當然是那長長的鼻子，以及巨大的耳朵。大象還有一個特征比較少有人注意到，那就是身上的毛發極其稀疏。身披毛發是哺乳動物的特征之一，99％以上的陸地哺乳動物都有皮毛，大象是罕見的例外。

第24頁，課件共34頁，創作于2023年2月散熱和保溫大象的體積大約是犀牛的2倍，但是表面積僅僅是犀牛的大約1.5倍。把體毛去掉對犀牛是夠了，對大象還不夠，還必須有其他辦法幫助散熱。什么辦法呢？長一對巨大的耳朵。大象的耳朵不僅大，而且薄，里面充滿了血管，血流經這里，很容易就把熱量散發了。特別是扇動起來，象的耳朵，以非洲叢林象最大，非洲森林象其次，亞洲象最小，與其散熱功能的說法相符。第25頁，課件共34頁，創作于2023年2月散熱和保溫按體重算，世界上最小的哺乳動物是小臭鼩Suncusetruscus

，成體體重平均為1.8克，體長約4.5厘米，體溫約38度。分布范圍很廣。增加體熱的生產以彌補體熱散失。這需要大量地攝入食物和氧氣。每天要吃大約2倍體重的動物性食物。在氣溫35度氧氣消耗率為每千克體重每分鐘消耗100毫升，為人類的25倍。為了吸入氧氣，肌肉每分鐘收縮900次。其肌肉顫抖速度能達到每分鐘3500次。心臟重量占體重的1.8%，是一般哺乳動物的3倍；搏動達到每分鐘1500次。第26頁，課件共34頁，創作于2023年2月動物的尺度與形狀引言動物的尺度、面積、體積骨骼的強度散熱和保溫結語第27頁，課件共34頁，創作于2023年2月結語動物的尺度與形狀，歸根結底是由食物與環境決定的。現存的物種都是經過長期進化適應環境的成功者。怪物尤其是大型怪物不容易突然出現的大型食肉動物，如虎，需要大量的食草動物，因而需要很大面積的草地支撐第28頁，課件共34頁，創作于2023年2月溫度變化對巖石熱膨脹性的作用影響在10-5/℃的量級，與巖石成分有關盡管尺度很小，但由于長期作用，對地質現象和地球的形態有較大的貢獻

力學現象與其他物理現象，如熱學、光學，密切相關。結語肥皂泡會出現彩色圖案，就是光的反射與干涉現象，與肥皂泡的厚度，也就與內外壓力有關第29頁，課件共34